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1、 上海市共进通信技术有限公司 大体流程大纲大体流程大纲 1.基本电路结构与电路原理基本电路结构与电路原理 2.主要技术指标主要技术指标 3.匹配设计匹配设计 4.直流偏置电路直流偏置电路 5.线性功放设计线性功放设计 功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器(PA)(PA)介绍介绍介绍介绍 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 基本电路原理基本电路原理基本电路原理基本电路原理 PA功放分类 按材料分： 功放分类 按材料分：Si/SiGe-CMOS BJT工艺（工艺（Axi
2、om） GaAs/GaN/InP- MESFET (RFMD/Skyworks/Triquint/Anadigics、日商、日商) 按晶体管类型分：双极结型晶体管（按晶体管类型分：双极结型晶体管（BJT）异质结双极型晶 体管（ ）异质结双极型晶 体管（HBT）高电子迁移率晶体管（Phemt）高电子迁移率晶体管（Phemt） Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 基本电路原理基本电路原理基本电路原理基本电路原理 Generated by Foxit PDF Creator
3、Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 主要技术指标主要技术指标 工作频带工作频带 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 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到到4GHz. 砷化镓场效应管功率放大器的工作频率是从砷化镓场效应管功率放大器的工作频率是从1GHz到几十 到几十 z,通常分为通常分为S、u、a波段等等。波段等等。 Generated b
4、y Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 主要技术指标主要技术指标 输出功率输出功率 1饱和输出功率 当功率放大器的输入功率加大到某一 值后，再加大输入功率并不会改变输 出功率的大小，该输出功率称为功率 放大器的饱和输出功率。 饱和输出功率 当功率放大器的输入功率加大到某一 值后，再加大输入功率并不会改变输 出功率的大小，该输出功率称为功率 放大器的饱和输出功率。 21dB压缩点输出功率压缩点输出功率P1dB 功率放大器增益压缩功率放大器增益压缩1dB所对应的输 出功率称为 所对应的输 出功率称为
5、1dB压缩点输出功率，记 作 压缩点输出功率，记 作P1dB。 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出是很难实现宽带匹配的。 。 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出是很难实现宽带匹配的。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 主要指标主要指标功率效率和功率附加效率功率效率和功率附加效率 功率放大器的功率效率
6、0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。 直流输入功率 射频输出功率 P 对于双极晶体管情况，P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 直流输入功率 射频输入功率射频输出功率 add add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add衡量功率放大器的功 率效率是比较合理的。 Gen
7、erated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 主要技术指标主要技术指标三阶交调三阶交调 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（2 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（2i ii+1和i+1和i+1i+12 2i）和与基波信号角频率（i）和与基波信号角频率（i和i和i+1）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（3 i+1）非常接近 ，不可能把它从信道
8、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（3i i 2 2i+1和3i+1和3i+1i+12 2i）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 式中，Pi和Pi+1是分别对应角频率i和i+1的基波信号输出功率；P3是三 阶交调频率（2 i）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 式中，Pi和Pi+1是分别对应角频率i和i+1的基波信号输出功率；P3是三 阶交调频率（2i ii+1和2i+1和2i+1i+1i）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，
9、不同的系统对它的 要求是不一样的。 i）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。 dBc lg10lg10 1 33 3 ii P P P P M Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 主要技术指标主要技术指标三阶交调三阶交调 三阶交调交截点 右图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，用符号IP3表示， 对应的输出功率是P1，它也反映了微 波功率放大器的非线性，当输
10、出功率 一定时，三阶交调交截点输出功率P1 越大，微波功率放大器的线性就越好 在实际PA Spec中常用OIP3表示，对应 的输入就为IIP3. 三阶交调交截点 右图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，用符号IP3表示， 对应的输出功率是P1，它也反映了微 波功率放大器的非线性，当输出功率 一定时，三阶交调交截点输出功率P1 越大，微波功率放大器的线性就越好 在实际PA Spec中常用OIP3表示，对应 的输入就为IIP3. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation onl
11、y. 上海市共进通信技术有限公司 主要技术指标主要技术指标输入输出驻波比输入输出驻波比 大功率管的输入阻抗和输出阻抗都很低，BJT的输入阻抗实 部只有几个欧姆，与50系统失配得比较厉害。而MESFET的 输入阻抗较高，与50系统失配得也很大，失配严重时，会 损坏功率管。 输入、输出驻波比变坏还会使系统的增益起伏和群迟延变坏 ，因此功率放大器的输入、输出驻波比应该满足一定要求。 在大容量数字通信系统中，功率放大器的输入、输出驻波比 取1.2:1，而在一般系统中，功率放大器的输入、输出驻波 比可以取到2:1。它也是设计微波功率放大器时必须考虑的 一项技术指标。 大功率管的输入阻抗和输出阻抗都很低，
12、BJT的输入阻抗实 部只有几个欧姆，与50系统失配得比较厉害。而MESFET的 输入阻抗较高，与50系统失配得也很大，失配严重时，会 损坏功率管。 输入、输出驻波比变坏还会使系统的增益起伏和群迟延变坏 ，因此功率放大器的输入、输出驻波比应该满足一定要求。 在大容量数字通信系统中，功率放大器的输入、输出驻波比 取1.2:1，而在一般系统中，功率放大器的输入、输出驻波 比可以取到2:1。它也是设计微波功率放大器时必须考虑的 一项技术指标。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司
13、 主要技术指标主要技术指标谐波与杂散谐波与杂散 谐波及寄生杂波谐波及寄生杂波谐波及寄生杂波 当信号增加到一定程度，功率放大 器因工作在非线性区而产生一系列 谐波。对于窄带功率放大器，这些 谐波都不在通带内，用滤波器很容 易滤掉这些谐波。通常可以使谐波 降到60dBc以下。 寄生杂波是系统中不需要的那些信号，是功率放大器放大过 程中引起的一种信号失真，它与输入信号不是谐波关系，如 右图所示。这些寄生杂波绝大部分是在高驱动电平或输入与 输出严重失配时出现的。 谐波及寄生杂波 当信号增加到一定程度，功率放大 器因工作在非线性区而产生一系列 谐波。对于窄带功率放大器，这些 谐波都不在通带内，用滤波器很
14、容 易滤掉这些谐波。通常可以使谐波 降到60dBc以下。 寄生杂波是系统中不需要的那些信号，是功率放大器放大过 程中引起的一种信号失真，它与输入信号不是谐波关系，如 右图所示。这些寄生杂波绝大部分是在高驱动电平或输入与 输出严重失配时出现的。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 匹配设计匹配设计匹配设计匹配设计 成功地设计微波功率放大器的关键是设计阻抗匹配网络。 在任何一个微波功率放大器设计中，错误的阻抗匹配将使电路 不稳定，同时会使电路效率降低和非线性失真加大。 在设
15、计功率放大器匹配电路时，匹配电路应同时满足匹配、谐 波衰减、带宽、小驻波、线性及实际尺寸等多项要求。 当有源器件一旦确定后，可以被选用的匹配电路是相当多的， 企图把可能采用的匹配电路列成完整的设计表格几乎是不现实 的。 设计单级功率放大器主要是设计输入匹配电路和输出匹配电路 设计两级功率放大器除了要设计输入匹配电路和输出匹配电路 外，还需要设计级间匹配电路。 成功地设计微波功率放大器的关键是设计阻抗匹配网络。 在任何一个微波功率放大器设计中，错误的阻抗匹配将使电路 不稳定，同时会使电路效率降低和非线性失真加大。 在设计功率放大器匹配电路时，匹配电路应同时满足匹配、谐 波衰减、带宽、小驻波、线性
16、及实际尺寸等多项要求。 当有源器件一旦确定后，可以被选用的匹配电路是相当多的， 企图把可能采用的匹配电路列成完整的设计表格几乎是不现实 的。 设计单级功率放大器主要是设计输入匹配电路和输出匹配电路 设计两级功率放大器除了要设计输入匹配电路和输出匹配电路 外，还需要设计级间匹配电路。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 上海市共进通信技术有限公司 匹配设计匹配设计匹配设计匹配设计 输出匹配电路设计 输出匹配电路主要应具备损耗低，谐波抑制度高，改善驻波比，提高输 出功率及改善非线性等功能。 谐波抑制。功率放大器的非线性特性使输出不仅包含基波信号，同时 还存在各项谐波，谐波幅度大
