射頻功率放大器簡介(1)

1、射頻功率放大器簡介QupeiMay.2016什么是功率放大器簡單說，功率放大器作用就是把弱信號放大利用三極管的電流控制作用或場效應管的電壓控制作用將電源的功率轉換為按照輸入信號變化的電流，起到電流電壓放大的作用，射頻功率放大器的應用領域比較廣泛，比如在雷達、通信、導航、衛(wèi)星地面站、電子對抗設備中都需要它。無線通信收發(fā)機結構主要性能指標 1. 1. 工作頻率范圍（工作頻率范圍（F F）：）： 指放大器滿足各級指標的工作頻率范圍。放大器實際的工作頻率范圍可能會大于定義的工作頻率范圍。 2. 2. 功率增益（功率增益（G G）：）： 指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用“dB”。 3. 3.

2、增益平坦度增益平坦度( ( G)G)： 指在一定溫度下，在整個工作頻率范圍內，放大器增益變化的范圍。增益平坦度由下式表示G=（Gmax-Gmin）/2dB G：增益平坦度 Gmax：增益頻率掃頻曲線的幅度最大值 Gmin：增益頻率掃頻曲線的幅度最小值 4. 4. 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)(NF)(NF)： 噪聲系數(shù)是指輸入端信噪比與放大器輸出端信噪比的比值，單位常用“dB”。 噪聲系數(shù)由下式表示：NF=10lg(輸入端信噪比/輸出端信噪比） 在放大器的噪聲系數(shù)比較低（例如NF1）的情況下，通常放大器的噪聲系數(shù)用噪聲溫度（T）來表示。 噪聲系數(shù)與噪聲溫度的關系為：T=（NF-1）T0 或 NF=T/T0

3、+1 T0-絕對溫度（290K） 主要性能指標 5. 5. 功率效率功率效率和功率附加效率和功率附加效率功率放大器的功率效率是功率放大器的射頻輸出功率與供給晶體管的直流功率之比。=直流輸入功率 / 射頻輸出功率顯然，這種定義并沒有考慮晶體管的放大能力，即具有相同功率效率的兩個晶體管的功率增益可以差別很大。通常，在設計功率放大器時，希望用功率增益高的功率晶體管。為此，又給出另一種定義add= （射頻輸出功率-射頻輸入功率）/ 直流輸入功率add稱為功率放大器的功率附加效率，它既反映了直流功率轉換成射頻功率的能力，又反映了放大射頻功率的能力。很明顯，用功率附加效率add衡量功率放大器的功率效率是比

4、較合理的。主要性能指標 6 6. . 飽和飽和輸出輸出功率功率 和和 1dB1dB壓縮點壓縮點隨著輸入功率的繼續(xù)增大，放大器進入非線性區(qū)，其輸出功率不再隨輸入功率的增加而線性增加，也就是說，其輸出功率低于小信號增益所預計的值。通常把增益下降到比線性增益低1dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點，用P1dB放大器參數(shù)表示。典型情況下，當功率超過P1dB時，增益將迅速下降并達到一個最大的或完全飽和的輸出功率，其值比P1dB大3-4dB。 主要性能指標 7. 7. 三階交調截三階交調截點（點（IP3IP3）：）： 當頻率為f1和f2的這兩個信號加到一個放大器時，該放大器的輸出不僅包含了這兩個

5、信號，而且也包含了頻率為mf1+nf2的互調分量（IM），這里稱m+n為互調分量的階數(shù)。在中等飽和電平時，通常起支配作用的是最接近基頻的三階分量。因為三階項直到畸變十分嚴重的點都起著支配作用，所以常用三階截點（IP3）來表征互調畸變。三階截點是描述放大器線性程度的一個重要指標。主要性能指標 三階截點功率的典型值比P1dB高10-12dB。IP3可以通過測量IM3得到，計算公式為： IP3=PSCL+IM3/2； PSCL單載波功率； 如三階互調點已知，則基波與三階互調抑制比與三階互調點的雜散電平可由下式估計： 基波與三階互調抑制比=2IP3-（PIN+G） 三階互調雜散電平=3（PIN+G）-

6、2IP3 在選擇射頻器件時，三階交調指標的絕對值越大越好。其值越大，說明在選擇射頻器件時，三階交調指標的絕對值越大越好。其值越大，說明交調產物相對主信號來說越小，對系統(tǒng)的干擾影響越小。交調產物相對主信號來說越小，對系統(tǒng)的干擾影響越小。主要性能指標 主要性能指標 8. 8. 輸入輸入/ /輸出駐波比（輸出駐波比（VSWRVSWR）：）： 微波放大器通常設計或用于50阻抗的微波系統(tǒng)中,輸入/輸出駐波表示放大器輸入端阻抗和輸出端阻抗與系統(tǒng)要求阻抗（50）的匹配程度。 用下式表示： VSWR = （1+|）/（1-|）； 其中= （Z-Z0）/（Z+Z0） VSWR：輸入輸出電壓駐波比 ：反射系數(shù) Z

7、：放大器輸入或輸出端的實際阻抗 Z0 ：需要的系統(tǒng)阻抗 駐波比的產生，是由于入射波能量傳輸?shù)教炀€輸入端B未被全部吸收（輻射）、產生反射波，迭加而形成的。VSWR越大，反射越大，匹配越差。主要性能指標 9. 預失真 預失真就是在功率放大器前增加一個非線性電路用以補償功率放大器的非線性失真。 預失真線性化技術，它的優(yōu)點在于不存在穩(wěn)定性問題，有更寬的信號頻帶，能夠處理含多載波的信號。預失真技術成本較低，由幾個仔細選取的元件封裝成單一模塊，連在信號源與功放之間，就構成預失真線性功放。手持移動臺中的功放已采用了預失真技術，它僅用少量的元件就降低了互調產物幾dB，但卻是很關鍵的幾dB。預失真技術分為RF預

8、失真和數(shù)字基帶預失真兩種基本類型。RF預失真一般采用模擬電路來實現(xiàn)，具有電路結構簡單、成本低、易于高頻、寬帶應用等優(yōu)點，缺點是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。 匹配設計成功地設計微波功率放大器的關鍵是設計阻抗匹配網絡。在任何一個微波功率放大器設計中，錯誤的阻抗匹配將使電路不穩(wěn)定，同時會使電路效率降低和非線性失真加大。在設計功率放大器匹配電路時，匹配電路應同時滿足匹配、諧波衰減、帶寬、小駐波、線性及實際尺寸等多項要求。當有源器件一旦確定后，可以被選用的匹配電路是相當多的，企圖把可能采用的匹配電路列成完整的設計表格幾乎是不現(xiàn)實的。輸出匹配電路主要應具備損耗低，諧波抑制度高，改善駐波比

9、，提高輸出功率及改善非線性等功能。諧波抑制。功率放大器的非線性特性使輸出不僅包含基波信號，同時還存在各項諧波，諧波幅度大小與基波信號大小呈一定的比例關系。在大功率放大器中，由于基波功率比較大，因此諧波功率也比較大，特別是2次諧波和3次諧波，它們對系統(tǒng)的影響是不可忽略的。為了減小諧波功率輸出，通常輸出匹配電路采用低通結構或帶通結構。改善駐波比。功率放大器匹配電路設計不完善會使功率放大器輸出駐波比較大，因此會加大帶內增益起伏，產生寄生信號，嚴重時會產生自激振蕩和燒毀功率管。因此，在設計輸出匹配電路時必須使駐波比較小輸出匹配電路設計匹配設計低損耗。在大功率放大器中，由于輸出功率較大，輸出電路有一點損

10、耗就會有較大功率損失，并且，在輸出電路板上轉成熱耗，從而使電路的可靠性變差。例如，連續(xù)波輸出功率為200W，輸出匹配電路損耗為1dB，則耗散在輸出匹配電路上的功率高達40W以上。輸出功率越大，輸出匹配電路上所耗散的功率越大。因此，在設計大功率放大器時，應該盡可能減小輸出匹配電路的損耗。線性。由非線性分析知道，功率放大器的三階交調系數(shù)是與負載有關的，因此在設計輸出匹配電路時，必須考慮線性指標的要求。效率。功率放大器的效率除了取決于晶體管的工作狀態(tài)、電路結構、負載等因素外，還與輸出匹配電路密切相關。要求輸出匹配電路保證基波功率增益最大，諧波功率增益最小，損耗盡可能小和良好的散熱裝置。匹配設計手機射

11、頻模塊功率放大器功率放大器(PA)用于將收發(fā)器輸出的射頻信號放大。功率放大器領域是一個有門檻的獨立的領域，也是手機里無法集成化的元件，同時這也是手機中最重要的元件，手機性能、占位面積、通話質量、手機強度、電池續(xù)航能力都由功率放大器決定。手機射頻模塊功率放大器功率放大器領域主要廠家是RFMD、Skyworks、TriQuint、Renesas、NXP、 Avago 、ANADIGICS。原本是PA企業(yè)合作伙伴的高通，也直接加入到PA市場中，目前隨著通信模式和頻段的豐富，需要支持LTE-FDD、LTE-TDD、WCDMA、EV-DO、CDMA 1x、TD-SCDMA與GSM/EDGE七種模式，頻譜

12、將涵蓋全球使用中的逾40個頻段。手機射頻模塊功率放大器在手機射頻前端應用上，有源PA的頻段比較多，每一頻段都要若干個放大器支持，所以有很多頻段的時候需要放很多PA。如何集成這些不同頻段和制式的功率放大器？目前有兩種方案：一種是融合架構，將不同頻率的射頻功率放大器PA集成；另一種架構則是沿信號鏈路的集成，即將PA與雙工器集成。兩種方案各有優(yōu)缺點，適用于不同的手機。融合架構，PA的集成度高，對于3個以上頻帶巨有明顯的尺寸優(yōu) 勢，5-7個頻帶時還具有明顯的成本優(yōu)勢。缺點是雖然PA集成了，但是雙工器仍是相當復雜，并且PA集成時有開關損耗，性能會受影響。而對于后一種架構，性能更好，功放與雙功器集成可以提

13、升電流特性，大約可以節(jié)省幾十毫安電流，相當于延長15%的通話時間。所以，業(yè)內人士的建議是，大于6個頻段時（不算 2G，指3G和4G）采用融合架構，而小于四個頻段時采用PA與雙工器集成的方案PAD。手機射頻模塊功率放大器多頻多模放大器（MMPA）目前智能手機面臨15種制式、12-13個頻段共存的局面。能否把PA做成寬頻，把這些頻段都覆蓋了。原則上1G附近，即800M，850M，900M附近，甚至700M，可以共用一條鏈路。2G附近，1.8G、1.9G、2.1G、2.4G、2.6G，可以做1個或者2個PA，把這些頻段都覆蓋了。MMPA使用大量頻帶和模式來確保漫游期間的語音和數(shù)據服務可用性。高度集成

14、的模塊提供了一個超小的外形尺寸，縮小產品的整體面積 同時減少外部元件數(shù)量、減少組裝成本、加快產品上市時間。對于成本問題，可通過以下三方面來解決：一是將芯片做小，不過PA是大功率器件，做小后散熱很難，而采用砷化稼工藝的能量密度比 LDMOS工藝的高、更有優(yōu)勢。二是制程突破，應用于手機的PA一般采用6英寸晶圓，其他領域是4英寸，如果手機用PA全部采用6英寸晶圓，成本將會進一步下降。三是用戶量，如果需求量大的話，則測試封裝成本都會隨之下降。手機射頻模塊功率放大器ATP和ETATP: auto power trackingET: envelope trackingATP與ET是根據信號調整供電，降低功耗。射頻功放的效率是和功放供電電壓成反比的，供電電壓越高效率越低。同時