射频功放设计全解教学课件

第七提高功率放大器的线性,是当前微波电路设计研究的热点。动率放大器主要技求指标一工作频带2工作频带是指放大器应满足全部性能指标的连续频率范围。硅双极型晶体管功率放大器和硅金属氧化物场效应管功率放大器的工作频率是从300MHz到4GHz(注:以上数据是1995年前水平),砷化镓场效应管功率放大器的工作频率是从一吉赫到几十吉赫。为了适应通信技术的发展,专门开辟了标准通信频道,工作带宽从0.5GHz到1GHz,如表7-1所列表7-1微波通信专用频段频率GH)37-4244-5053-5959-6464-7271-77-8.5X,Ku频率GHz)95-10510.7-1171.1-12.2|12.7-13.2140-14.5功率放大器述要技术指标二输出动率”3最好的功率匹配并不能得到最好的增益匹配。通常高功率器件的增益低于低功率器件的增益在宽带系统中要想得到较好的功率输岀是很难实现宽带匹配的饱和输出功率当功率放大器的输入功率加大到阶交截点某一值后,再加大输入功率并不会改变输出功率的大小,该输出IdB压缩点功率称为功率放大器的饱和输出功率。2.1dB压缩点输出功率P1dB三阶交调功率放大器增益压缩1dB所对应的输入功率(dB输出功率称为1dB压缩点输出功率,记作P1dB°动率放大器虫要技来指标一功率欺率和丰附加款率。4功率放大器的功率效率η是功率放大器的射频输出功率与供给晶体管的直流功率之比。射频输出功率(7-1)直流输入功率对于双极晶体管情况,η称为集电极效率,对于MOSFET和MESFET,称之为漏极效率。显然,这种定义并没有考虑晶体管的放大能力,即具有相同功率效率的两个晶体管的功率增益可以差别很大。通常,在设计功率放大器时,希望用功率增益高的功率晶体管。为此,又给出另一种定义射频输出功率-射频输入功率(7-2)直流输入功率ηa称为功率放大器的功率附加效率,它既反映了直流功率转换成射频功率的能力,又反映了放大射频功率的能力。很明显,用功率附加效率ηa衡量功率放大器的功率效率是比较合理的动率放大器主要技术指标一交调尖真5交调失真是具有不同频率的两个或更多的输入信号经过功率放大器而产生的混合分量,它是由于功率放大器的非线性造成的。若输入1个信号,其角频率分别是o1、O2、…、0,由于功率放大器的非线性作用,输出分量中将包含许多混合分量mO1±no2…±pO)1m,n,…,p=0,1,2,各分量分别称为(m+n+…+p)阶交调分量功率放大器的非线性越强,交调分量越大。交调分量的大小可以用交调系数表示,假如输入1个等幅信号,(m+p)阶交调系数可以写成Mn=101g-2101gm+p(dBc式中,P1分别对应于角频率o1、…、1的波输入功率;Pap是(m+p阶交调功率。的单位是dBc,它的含义是交调分量比载频分量的分贝数动率放大器主要技米指标一三阶交调6等幅信号输入功率放大器时,输出信号中存在各种阶次的交调分量,其中三阶交调分量(2o1-01和o1-20;)和与基波信号角频率(o)和o1)非常接近,不可能把它从信道中滤除,因此,三阶交调分量就成为干扰信号。同理,五阶交调分量(301-2o11和301-20)也是干扰信号,但它比三阶交调分量要小得多,在系统要求不严时可以不考虑。三阶交调系数P3M3=101g3=101g23(dBc)P式中,P和P+1是分别对应角频率o,和O的基波信号输出功率;P3是阶交调频率(2o1-0-1和2o1-0;)处的三阶交调功率;三阶交调系数是度量微波功率放大器非线性的一项重要指标,不同的系统对它的要求是不一样的动率放大器主要技米指标一三阶交调7(1)P1a3点三阶交调系数M3dBP1dB和M3B是度量微波功率放大器非线性的两个不同指标,它们之间有一定联系。假定微波功率放大器是一个无惯性非线性网络,且在PudB点的幅度非线性很小,在上述两个假设条件下,两个角频率为o1和o2的等幅信号输入时,P1点的三阶交调系数近似为3(d23.75dBc由于理论分析中的假设,实际测量的误差以及微波晶体管实际非线性特性优劣程度的不一致,在工程估算时,常取M3B为20dBc。这里还得注意,上式仅适用双信号等幅情况,如果三信号等幅输入时,上式就不适用了。动率放大器主要技术指标一三阶交调8(2)任意输入功率的三阶交调系数M3图7-1是双频等幅信号输入时基波信号输出阶交截点功率和三阶交调功率对应基波信号输入功率的变化特性。由图看出,基波信号输出§功率与输入功率是1:1(dB数)变化关系,即输入功率增加1dB时,输出信号也增加ldB。三阶交调产物与基波信号输入功率是3:1(dB)变化关系,即基波信号输入功率增加1dB,使三阶交调系数M3恶化2dB根据上述变化特性,任意输入功率Pn时的三阶交调系数M3可由下式估算MP-PMdBe式中P基波信号(o1或2)输入功率PadB,基波信号1dB增益压缩点输入功率。注意上式中各变量都是以dB为运算单位图7-1中基波信号输出功率特性延长线与三阶交调特性延长线的交点称为三阶交调交截点。动率放大器主要技术指标一三阶交调9(3)三阶交调交截点交截点图7-1中基波信号输出功率特性延长1dB压缩线与三阶交调特性延长线的交点称为三阶交调交截点,用符号P3表示对应的输出功率是P1,它也反映了微三阶交调波功率放大器的非线性,当输出功率定时,三阶交调交截点输出功率P输入功率dB越大,微波功率放大器的线性就越好。由P1也可以估计三阶交调系数M3≈2(Pm-B)(dBc)式中,P。是基波信号输出功率。所有变量都是以dB为运算单位,它只适用信号功率较小的情况阶交调交截点比1dB压缩点大10dB,它是放大器在A类工作时的一个假想点。动率放大器主要技米指标一三阶交调10(4)不等信号的三阶交调系数M3不等信号的三阶交调系数可以从等信号的三阶交调系数得到,两者有如下关系MdB(dBc)A式中A1和A基波信号(∞n或o)幅度;3.-A两个相等的基波输入信号经功率