【《射频功率放大器介绍综述》2800字】

射频功率放大器介绍综述目录TOC\o"1-3"\h\u7704射频功率放大器介绍综述 1143631.1射频功率放大器的技术指标 1249411.1.1工作频带 1251161.1.2输出功率 25271.1.3功率增益 3134131.1.4效率 3159421.1.5稳定性分析 4306331.1.6非线性分析 4228731.1.7增益平坦度 545921.2射频功率放大器的分类 5311391.3CMOS功率放大器 7201781.4LDMOS功率放大器 8103371.5射频功率放大器的分析方法 8射频功率放大器的应用日渐广泛，下文将从它的技术指标和分类方面进行详细介绍。射频功率放大器的技术指标射频功率放大器通常具有指定的工作频率和效率，并且在某一频带内工作。它的主要技术指标有：工作频带射频功率放大器的带宽表达式为：（2-1）相对带宽表达式为：（2-2）其中为上限频率，为下限频率，为中心频率ADDINNE.Ref.{4523797C-98E8-45A3-8746-175A6656B494}[7]。输出功率图2-1输入功率和输出功率的关系图射频功率放大器的输出功率可以表示为和，前者可以理解为为一分贝压缩点输出功率，后者为饱和输出功率。由图2-1可见，为饱和输出功率，字面意思为为达到饱和状态的输出功率，即当输入功率不再增加且状态慢慢变得平缓时，此时查看它的输出功率的值这个值就是饱和输出功率，指输出功率减去输入功率为1dB时的输出功率ADDINNE.Ref.{3DF434AC-30B0-487E-A548-C57CDDCC1995}[8]。功率增益图2-2为功率放大器内部结构图它拥有如下几个部分：信号源，输入匹配电路，晶体管，输出匹配电路和负载。在电路图中为消耗在负载上的功率为功率放大器的输出功率为功率放大器的资用功率为信号源上的资用功率ADDINNE.Ref.{F20DA0DF-6BD4-403E-B28A-8C6710BC828E}[9]。图2-2功率放大器内部结构图（1）实际功率增益：（2-3）资用功率增益：（2-4）（3）转换功率增益：（2-5）效率功率放大器的效率中为漏端输出功率为直流功率为输入功率漏端效率表示为：（2-6）为放大器损耗功率，越小漏端效率越大，由于漏端效率未考虑输入功率所以无法很好的判断放大器的效率大小。功率附加效率表示为：（2-7）它表示输入功率输出功率和效率的关系，当不变越大效率越大。稳定性分析功率放大器的稳定是功率放大器正常工作的关键，具有稳定的输出功率可以防止信号失真，有助于实验现象的分析和理解。在S参数的有源二端口网络中，稳定性有条件稳定和绝对稳定两种，其稳定性因子K表示为：（2-8）其中，当，时，为条件稳定。非线性分析非线性指的是放大器在失真时的各项性能指标，它可分为谐波失真和互调失真图2-3功率放大器互调失真系数谐波失真：电路的输出端，谐波信号未能很好的被控制，使得设计者需要的电压或电流信号被干扰出现失真，互调失真：在输入端输入两个信号，输出端会出现输入信号的各种和差的组合，若出现失真即为互调失真，更多时候只考虑他三阶状态下的失真。假设互调信号功率，主频率信号功率可得（2-9）增益平坦度只在一定温度下，整个工作频率范围内放大器增益变化的表达式：（2-10）其中和分别是频带增益的最大值和最小值ADDINNE.Ref.{76F11B6B-4FE0-49B0-A97A-FD167FEDB6B3}[10]。射频功率放大器的分类射频功率放大器有许多种类，如今中国推行5G信号，鉴于中国土地辽阔，人口密度分布极度不均，建造信号基站再合适不过了，因此当下高带宽小体积高效率的射频功率放大器更受欢迎。射频功率放大器的频率没有特定的范围，它可以是几百Hz也可以是几千Hz，它的种类有开关类和偏置类，其中F类与逆F类射频功率放大器属于开关类，其他则属于偏置类。图2-4射频功放的电压电流关系曲线图如图2-4所示，A类放大器的静态工作点处，可以观测出完整连续的输入输出波形具有良好的线性度，前提是输入功率较小，它在理想状态下效率可以达到50%，效率较低。B类放大器的静态工作点在A点之下，它在理想状态下效率可以达到78.5%，效率较高，但是由于更高次谐波的存在，影响了它的线性度。C类功率放大器正常的工作位置处于截止区，理想工作效率为100%，在实际中通常需要降低它的工作效率以满足输出功率的需要。图2-5理想F类PA的半正弦波电流波形和方波电压波形图2-6理想逆F类PA的半正弦波电压波形和方波电流波形D类功率放大器的效率理论可达100%，理想输出波形为方波的电压波和半正弦波的电流波，由于其两个有源晶体管无法完全等效为两个理想的开关，所以无法达到理想状态。E类功率放大器的一个有源晶体管类似于一个占空比为50%的开关，通过在输出端加滤波和匹配网络降低损耗，提高效率。F类功率放大器偏置在B类工作点附近，采用E类开关模式工作，利用谐波分量提高效率降低损耗，实现如图2-8所示，输出波形为方波的电压波和半正弦波的电流波，而逆F类射频功率放大器则是通过调整谐振网络获得如图2-9所示，输出波形为方波的电流波和半正弦波的电压波。CMOS功率放大器CMOS又被称为互补金属氧化物半导体，它是一种芯片且专门用来存放数据，它由电压控制。射频功率放大器通常以效率和输出功率为指标,它通常有中间级，功率放大级等。它通常作用在天线中，目的是提高功率以将信号发射出去，同时其谐波信号要够小不对其他信道造成干扰。SiCMOS技术使得射频集成电路成为可能，可以极大地缩小电路体积，开放了广阔的市场。同时射频电路的各项性能指标如功率附加效率，功率增益，输入输出功率，带宽等等难以同时达到最优。例如，线性度的提高会使得功率附加效率的降低，同时会消耗直流功率。图2-7CMOS晶体管示意图功率放大器是信号收发端的末端器件，在设计CMOS功放时有时可采用巴伦设计，巴伦是指平衡不平衡转换器，单端信号在经过某些电路时可以变成差分信号，如巴伦电路。巴伦有电感的阻断交流作用，也有电容的隔离直流作用。因此在设计时可以大大缩小系统的体积，有助于CMOS功率放大器的开发。在进行CMOS功放的电路设计的时候通常需要进行以下几个部分的设计：输入匹配，驱动级，级间匹配，功放级，输出级。LDMOS功率放大器LDMOS晶体管又被称为横向扩散金属氧化物半导体，由于适合高压环境以及功率控制环境常用于高压集成电路和射频电路中。LDMOS晶体管可以与CMOS晶体管兼容且在一些关键器件性能参数方面拥有许多优势。图2-8LDMOS晶体管示意图射频功率放大器的分析方法射频功率放大器有很多种分析方法，有针对输入输出端口反射系数和传输系数的小信号分析和大信号分析，根据晶体管的输入输出回波损耗以及隔离增益系数可以进行小信号散射参数分析，而大信号分析由于输入电平的变化导致S参数不断变化，需要计算机进行模拟匹配输入输出电路，获得S参数后再进行阻抗设计。还有动态阻抗设计法，这种设计方法需要计算机不断进行电路调试通过改变电路参数获得最佳负载线，和获得要求的效率和功率，再根据得到的输出阻抗进行阻抗匹配设计电路，由于太过复杂，不太适合运用。通常设计功率放大器会使用到负载牵引法，这种方法通过计算机仿真软件将不同的负载接到晶体管的输出端，设定输入信号通过仿真在史密斯圆图上找出此输出功率下的最大功率附加效率并记下负载阻抗，然后重复上述操作，接着画出有关等功率附加效率曲线图然后找出最