射頻功放設(shè)計(jì)全解教學(xué)課件

第七提高功率放大器的線性,是當(dāng)前微波電路設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)。動(dòng)率放大器主要技求指標(biāo)一工作頻帶2工作頻帶是指放大器應(yīng)滿足全部性能指標(biāo)的連續(xù)頻率范圍。硅雙極型晶體管功率放大器和硅金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管功率放大器的工作頻率是從300MHz到4GHz(注:以上數(shù)據(jù)是1995年前水平),砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管功率放大器的工作頻率是從一吉赫到幾十吉赫。為了適應(yīng)通信技術(shù)的發(fā)展,專門(mén)開(kāi)辟了標(biāo)準(zhǔn)通信頻道,工作帶寬從0.5GHz到1GHz,如表7-1所列表7-1微波通信專用頻段頻率GH)37-4244-5053-5959-6464-7271-77-8.5X,Ku頻率GHz)95-10510.7-1171.1-12.2|12.7-13.2140-14.5功率放大器述要技術(shù)指標(biāo)二輸出動(dòng)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寬帶系統(tǒng)中要想得到較好的功率輸岀是很難實(shí)現(xiàn)寬帶匹配的飽和輸出功率當(dāng)功率放大器的輸入功率加大到階交截點(diǎn)某一值后,再加大輸入功率并不會(huì)改變輸出功率的大小,該輸出IdB壓縮點(diǎn)功率稱為功率放大器的飽和輸出功率。2.1dB壓縮點(diǎn)輸出功率P1dB三階交調(diào)功率放大器增益壓縮1dB所對(duì)應(yīng)的輸入功率(dB輸出功率稱為1dB壓縮點(diǎn)輸出功率,記作P1dB°動(dòng)率放大器蟲(chóng)要技來(lái)指標(biāo)一功率欺率和豐附加款率。4功率放大器的功率效率η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。射頻輸出功率(7-1)直流輸入功率對(duì)于雙極晶體管情況,η稱為集電極效率,對(duì)于MOSFET和MESFET,稱之為漏極效率。顯然,這種定義并沒(méi)有考慮晶體管的放大能力,即具有相同功率效率的兩個(gè)晶體管的功率增益可以差別很大。通常,在設(shè)計(jì)功率放大器時(shí),希望用功率增益高的功率晶體管。為此,又給出另一種定義射頻輸出功率-射頻輸入功率(7-2)直流輸入功率ηa稱為功率放大器的功率附加效率,它既反映了直流功率轉(zhuǎn)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ηa衡量功率放大器的功率效率是比較合理的動(dòng)率放大器主要技術(shù)指標(biāo)一交調(diào)尖真5交調(diào)失真是具有不同頻率的兩個(gè)或更多的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器而產(chǎn)生的混合分量,它是由于功率放大器的非線性造成的。若輸入1個(gè)信號(hào),其角頻率分別是o1、O2、…、0,由于功率放大器的非線性作用,輸出分量中將包含許多混合分量mO1±no2…±pO)1m,n,…,p=0,1,2,各分量分別稱為(m+n+…+p)階交調(diào)分量功率放大器的非線性越強(qiáng),交調(diào)分量越大。交調(diào)分量的大小可以用交調(diào)系數(shù)表示,假如輸入1個(gè)等幅信號(hào),(m+p)階交調(diào)系數(shù)可以寫(xiě)成Mn=101g-2101gm+p(dBc式中,P1分別對(duì)應(yīng)于角頻率o1、…、1的波輸入功率;Pap是(m+p階交調(diào)功率。的單位是dBc,它的含義是交調(diào)分量比載頻分量的分貝數(shù)動(dòng)率放大器主要技米指標(biāo)一三階交調(diào)6等幅信號(hào)輸入功率放大器時(shí),輸出信號(hào)中存在各種階次的交調(diào)分量,其中三階交調(diào)分量(2o1-01和o1-20;)和與基波信號(hào)角頻率(o)和o1)非常接近,不可能把它從信道中濾除,因此,三階交調(diào)分量就成為干擾信號(hào)。同理,五階交調(diào)分量(301-2o11和301-20)也是干擾信號(hào),但它比三階交調(diào)分量要小得多,在系統(tǒng)要求不嚴(yán)時(shí)可以不考慮。三階交調(diào)系數(shù)P3M3=101g3=101g23(dBc)P式中,P和P+1是分別對(duì)應(yīng)角頻率o,和O的基波信號(hào)輸出功率;P3是階交調(diào)頻率(2o1-0-1和2o1-0;)處的三階交調(diào)功率;三階交調(diào)系數(shù)是度量微波功率放大器非線性的一項(xiàng)重要指標(biāo),不同的系統(tǒng)對(duì)它的要求是不一樣的動(dòng)率放大器主要技米指標(biāo)一三階交調(diào)7(1)P1a3點(diǎn)三階交調(diào)系數(shù)M3dBP1dB和M3B是度量微波功率放大器非線性的兩個(gè)不同指標(biāo),它們之間有一定聯(lián)系。假定微波功率放大器是一個(gè)無(wú)慣性非線性網(wǎng)絡(luò),且在PudB點(diǎn)的幅度非線性很小,在上述兩個(gè)假設(shè)條件下,兩個(gè)角頻率為o1和o2的等幅信號(hào)輸入時(shí),P1點(diǎn)的三階交調(diào)系數(shù)近似為3(d23.75dBc由于理論分析中的假設(shè),實(shí)際測(cè)量的誤差以及微波晶體管實(shí)際非線性特性優(yōu)劣程度的不一致,在工程估算時(shí),常取M3B為20dBc。這里還得注意,上式僅適用雙信號(hào)等幅情況,如果三信號(hào)等幅輸入時(shí),上式就不適用了。動(dòng)率放大器主要技術(shù)指標(biāo)一三階交調(diào)8(2)任意輸入功率的三階交調(diào)系數(shù)M3圖7-1是雙頻等幅信號(hào)輸入時(shí)基波信號(hào)輸出階交截點(diǎn)功率和三階交調(diào)功率對(duì)應(yīng)基波信號(hào)輸入功率的變化特性。由圖看出,基波信號(hào)輸出§功率與輸入功率是1:1(dB數(shù))變化關(guān)系,即輸入功率增加1dB時(shí),輸出信號(hào)也增加ldB。三階交調(diào)產(chǎn)物與基波信號(hào)輸入功率是3:1(dB)變化關(guān)系,即基波信號(hào)輸入功率增加1dB,使三階交調(diào)系數(shù)M3惡化2dB根據(jù)上述變化特性,任意輸入功率Pn時(shí)的三階交調(diào)系數(shù)M3可由下式估算MP-PMdBe式中P基波信號(hào)(o1或2)輸入功率PadB,基波信號(hào)1dB增益壓縮點(diǎn)輸入功率。注意上式中各變量都是以dB為運(yùn)算單位圖7-1中基波信號(hào)輸出功率特性延長(zhǎng)線與三階交調(diào)特性延長(zhǎng)線的交點(diǎn)稱為三階交調(diào)交截點(diǎn)。動(dòng)率放大器主要技術(shù)指標(biāo)一三階交調(diào)9(3)三階交調(diào)交截點(diǎn)交截點(diǎn)圖7-1中基波信號(hào)輸出功率特性延長(zhǎng)1dB壓縮線與三階交調(diào)特性延長(zhǎng)線的交點(diǎn)稱為三階交調(diào)交截點(diǎn),用符號(hào)P3表示對(duì)應(yīng)的輸出功率是P1,它也反映了微三階交調(diào)波功率放大器的非線性,當(dāng)輸出功率定時(shí),三階交調(diào)交截點(diǎn)輸出功率P輸入功率dB越大,微波功率放大器的線性就越好。由P1也可以估計(jì)三階交調(diào)系數(shù)M3≈2(Pm-B)(dBc)式中,P。是基波信號(hào)輸出功率。所有變量都是以dB為運(yùn)算單位,它只適用信號(hào)功率較小的情況階交調(diào)交截點(diǎn)比1dB壓縮點(diǎn)大10dB,它是放大器在A類工作時(shí)的一個(gè)假想點(diǎn)。動(dòng)率放大器主要技米指標(biāo)一三階交調(diào)10(4)不等信號(hào)的三階交調(diào)系數(shù)M3不等信號(hào)的三階交調(diào)系數(shù)可以從等信號(hào)的三階交調(diào)系數(shù)得到,兩者有如下關(guān)系MdB(dBc)A式中A1和A基波信號(hào)(∞n或o)幅度;3.-A兩個(gè)相等的基波輸入信號(hào)經(jīng)功率