数字电视发射机射频功放模块的设计分析
【摘要】本文对一种数字电视发射机的RF功放模块的原理和设计进行了分析。该RF功放模块的工作频率范围是170～230 MHz，功率为75W，功率器件采用LDMOS技术的MRF9060，经试验测试，功放模块的各种指标符合数字电视发射机的要求。
【关键词】RF放大电路；直流偏置电路；仿真与测试
功率放大器件的特性曲线是非线性的，导致功放管在工作时会产生非线性失真，输出功率增大时，非线性失真随之变大。本设计的功放模块采用的LDMOS 器件的MRF9060的带内增益20dB以上，静态工作点为Vds=28～32V，Vgs=3.7～4.1V，回波损耗15dB。RF功放模块由RF放大电路和直流偏置电路构成。RF 信号功率放大电路决定了功放的增益，线性度，平坦度，功率大小等性能指标。直流偏置电路为功放管提供了偏置电压和保护措施，同时利用负反馈技术温度补偿来提高功放的线性度。
一、RF放大电路
RF功放模块电路采用的电路结构为平衡放大器形式，由两个3dB耦合器和两路匹配放大电路构成。RF信号送至3dB耦合器后被分成两路信号，其中一路信号被90°移相，两路信号同时放大，另一路放大的RF信号在输出耦合器被90°移相，两路信号恢复同相，合成功率输出，两个3dB耦合器的另一端分别接50Ω负载。电路框图如图一所示。
功率放大器芯片LDMOS器件MRF9060为N沟道增强型场效应管，具有良好的散热特性。它的高集成无源区域和有源区域取代了传统功放芯片的分离区，便于构成内部输入输出匹配网络，金属化栅极构造结构增加了增益，减少了串联电阻。MRF9060采用的工作模式为共源级，栅极和漏极之间具有减少反馈电容的屏蔽层。栅极有较长的长度满足了大范围的线性和动态增益的要求。耐反射能力较强，在驻波比SWR<10的条件下能稳定工作，工作于甲乙类，栅极和源极之间的电压Vgs决定了功率增益。当输入的RF频率在945MHz时，MRF9060的最大输出功率为60W，增益为17dB，三阶交调为-31dBc，效率可达40%。但为了保证线性度和工作稳定性，延长器件使用寿命，一般选择输出功率在最大输出功率的三分之一到二分之一之间，本功放模块由两片MRF9060组成输出功率为75W。在源和负载之间插入一个输入输出匹配网络，为了获得最大功率输出，反射最小，要求两者之间呈阻抗共轭相等。由于电感比电容损耗的电阻性大，设计上采用多段微带线配置并联电容的匹配网络来克服分立元件的寄生效应。通过史密斯原图来确定匹配阻抗和源阻抗之间的位置，采用并联电容和串联传输线的方式实现阻抗转换。可以通过改变电容的位置来确定阻抗匹配的位置。
二、直流偏置电路
实验四：射频功率放大器 【实验目的】 通过功率放大器实验，让学生了解功率放大器的基本结构，工作原理及其设计步骤，掌握功率放大器增益、输出功率、频率范围、线性度、效率和输入/输出端口驻波比等主要性能指标的测试方法，以此加深对以上各项性能指标的理解。 【实验环境】 1．实验分组：每组2~4人 2．实验设备：直流电源一台，频谱仪一台，矢量网络分析仪一台，功率计一只，10dB衰减器一个，万用表一只，功率放大器实验电路 板一套 【实验原理】 一、功率放大器简介 功率放大器总体可分成A、B、C、D、E、F六类。而这六个小类又可以归入不同的大类，这种大类的分类原则，大致有两种：一种是按照晶体管的导通情况分，另一种按晶体管的等效电路分。按照信号一周期内晶体管的导通情况，即按导通角大小，功率放大器可分A、B、C三类。在信号的一周期内管子均导通，导θ（在信号周期一周内，导通角度的一半定义为导通角θ），称为A 通角? =180 θ。导通时间小于一半周期的类。一周期内只有一半导通的成为B类，即? =90 θ。如果按照晶体管的等效电路分，则A、B、C属于一大称为C类，此时? <90 类，它们的特点是：输入均为正弦波，晶体管都等效为一个受控电流源。而D、E、F属于另一类功放，它们的导通角都近似等于? 90，均属于高功率的非线性放大器。 二、功率放大器的技术要求 功率放大器用于通信发射机的最前端，常与天线或双工器相接。它的技术要求为： 1. 效率越高越好 2. 线性度越高越好 3. 足够高的增益
4. 足够高的输出功率 5. 足够大的动态范围 6. 良好的匹配（与前接天线或开关器） 三、功率放大器的主要性能指标 1.工作频率 2.输出功率 3.效率 4.杂散输出与噪声 5.线性度 6.隔离度 四、功率放大器的设计步骤 1.依据应用要求（功率、频率、带宽、增益、功耗等），选择合适的晶体管 2.确定功率放大器的电路和类型 3.确定放大器的直流工作点和设计偏置电路 4.确定最大功率输出阻抗 5.将最大输出阻抗匹配到负载阻抗（输出匹配网络） 6.确定放大器输入阻抗 7.将放大器输入阻抗匹配到实际的源阻抗（输入匹配网络） 8.仿真功率放大器的性能和优化 9.电路制作与性能测试 10.性能测量与标定 五、本实验所用功率放大器的简要设计过程 1. PA 2. 晶体管的选择 本实验所选用的晶体管为安捷伦公司的ATF54143_PHEMT，这种晶体管适合用来设计功率放大器。单管在～处能达到的最大资用增益大于18dB，而1dB压缩点高于21dB。
基于ADS的射频功率放大器仿真设计 1.引言 各种无线通信系统的发展，如GSM、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX和Wi-Fi，大大加速了半导体器件和射频功放的研究过程。射频功放在无线通信系统中起着至关重要的作用，它的设计好坏影响着整个系统的性能。因此，无线通信系统需要设计性能优良的放大器。而且，为了适应无线系统的快速发展，产品开发的周期也是一个重要因素。另外，在各种无线系统中由于采用了不同调制类型和多载波信号，射频工程师为减小功放的非线性失真，尤其是设计无线基站应用的高功率放大器时面临着巨大的挑战。采用Agilent ADS 软件进行电路设计可以掌握设计电路的性能，进一步优化设计参数，同时达到加速产品开发进程的目的。功放（PA）在整个无线通信系统中是非常重要的一环，因为它的输出功率决定了通信距离的长短，其效率决定了电池的消耗程度及使用时间。 2.功率放大器基础 2.1功率放大器的种类 根据输入与输出信号间的大小比例关系，功放可以分为线性放大器与非线性放大器两种。输入线性放大器的有A、B、AB类；属于非线性放大器的则有C、E 等类型的放大器。 （1）A类：其功率器件再输入信号的全部周期类均导通，但效率非常低，理想状态下效率仅为50%。 （2）B类：导通角仅为180°，效率在理想状态下可达到78%。 （3）AB类：导通角大于180°但远小于360°。效率介于30%~60%之间。 （4）C类：导通角小于180°，其输出波形为周期性脉冲。理论上，效率可达100%。 （5）D、E类：其原理是将功率器件当作开关使用。 设计功放电路前必须先考虑系统规格要求的重点，再来选择电路构架。对于射频功放，有的系统需要高效率的功放，有些需要高功率且线性度佳的功放，有些需要较宽的操作频带等，然而这些系统需求往往是相互抵触的。例如，B、C、E类构架的功率放大器皆可达到比较高的效率，但信号的失真却较为严重；而A
第 6 卷 第 3 期 2009 年 9 月苏 州 工 职 院 Journal of SIIT Vol. 6 No.3 Sep.2009 一、引言 放大器是射频接收机中的主要部件，它处于接收系统的前段，对射频信号进行放大，由于放大器在接收系统中的特殊地位和作用，因此该部件的设计对接收系统的性能有极其重要的影响。 在对低噪声放大器的设计中，要考虑放大能力、噪声性能，稳定性等许多特殊因素，给设计工作带来较大的困难。本文使用Agilent公司的ADS软件对放大器进行了设计，获得了较好的仿真效果。 二、放大器设计理论 在射频放大器设计中，最重要的设计观念是电路的输入输出阻抗的匹配性、电路的稳定性、功率增益、工作带宽、噪声和直流偏置。一个射频放大器的设计常常开始于最初的要求和适当的有源射频器件的选择,然后通过系统数值解和辅助作图法来决定晶体管在特定稳定度和功率增益要求下的工作条件（即信号源和负载的反射系数）。一个绝对稳定的晶体管在任何无源置端条件下，不会产生振荡。换句话说，用一个潜在不稳的晶体管进行设计时，必须经过仔细的分析和考虑，才能用无源置端获 射频放大器的设计与实现 王 栋 （苏州工业职业技术学院 电子工程系，江苏 苏州 215104） 【摘要】本文首先介绍了低噪声放大器的设计理论、方法和过程，然后介绍使用射频微波仿真设计软件Agilent公司的ADS进行分析和设计一个放大器的过程和方法。仿真得到了比较理想的效果。 【关键词】放大器;ADS Design and Realization of RF Ampli ? er WANG Dong Abstract: First,the designing theory 、method and process of Amplifer are introduced. Then an ampli ? er is designed by the microwave software ADS designed by the company Agilent. the simulation result is perfect.Key words: Ampli ? er ;ADS 得稳定的放大器。各种电路的分析选择正确的直流工作点以及适当的直流偏置电路，对于获得设计要求的交流特性也是十分重要的。 对射频放大器的设计电路的输入输出阻抗的匹配性是及其重要的，在微波频段，传输线问题和匹配电路问题的分析都很麻烦。Smith圆图为这些问题的分析提供了一个非常有用的图解法。通过归一化阻抗和导纳Smith圆图,可以很容易并且快速设计出实现微波放大器最佳性能的匹配电路。微带传输线作为无源电路分析和全部微波放大器工艺的载体被广泛的应用。微波传输线相互连接的方式是跨越式的。芯片中或者封装式的晶体管可以很容易地贴到微带线的导体上。很多电路设计中采用了微带线方式。 三、放大器的仿真设计1、放大器设计目标 ●输入输出阻抗为50欧姆，工作在0.75～1.25GHZ。 ●放大器增益大于20dB。 ●放大器噪声低于10dB。 ●放大器处于绝对稳定状态(稳定因子k>1)。2、放大器设计步骤 ●选取符合要求的射频放大管。 收稿日期：2009 - 02 - 14 作者简介：王栋(1981 - ),浙江湖州人,助教,研究方向:应用电子。
射频功放设计规范和指南
目录 前言............................................................................................................ 错误！未定义书签。第一章射频功放设计步骤 (4) 1.1定设计方案 (4) 1.1.1 GSM及PHS基站系统 (4) 1.1.2 CDMA及WCDMA基站系统 (6) 1.2选择确定具体线路形式及关键器件 (8) 1.2.1射频放大链路形式与关键器件选择及确定 (8) 1.2.2控制电路的确定 (11) 1.3进行专题实验或一板实验 (12) 1.4结构设计及PCB详细设计 (12) 1.5进行可生产性、可测试性的设计与分析 (12) 第二章功放设计中的检测及保护电路 (14) 2.1引起功放失效的原因 (14) 2.2功放保护电路设计类型 (15) 2.3功率放大器的保护模型 (16) 2.4功放的状态监测 (17) 2.5状态的比较判断 (18) 2.6保护执行装置 (19) 2.7保护电路举例分析 (19) 第三章功放中增益补偿电路的实现 (21) -1-
3.1模拟环路增益控制 (21) 3.2数字环路增益控制 (21) 3.3温度系数衰减器 (22) 第四章功放供电电路设计 (23) 4.1功放电路的供电形式 (23) 4.1.1 LDMOS器件供电电路 (23) 4.1.2 GaAs器件供电路。 (25) 4.2电源偏置 (26) 4.3布局 (26) 4.4电容的选用 (26) 第五章输入输出匹配及功率合成技术 (28) 5.1用集总参数元件进行阻抗匹配电路的原理及设计实例......................... 错误！未定义书签。 5.1.1输入阻抗中含感性特性的匹配设计............................................ 错误！未定义书签。 5.1.2输出阻抗中含容性特性的匹配设计............................................ 错误！未定义书签。 5.2用分布参数来进行阻抗匹配 ............................................................... 错误！未定义书签。 5.3功率合成技术 .................................................................................... 错误！未定义书签。 5.3.1功率分配和合成单元。 ............................................................. 错误！未定义书签。第六章功放设计中的前馈技术 (40) 6.1前馈技术 (40) 6.2实现方案 (43) 6.2.1方案介绍 (43) 6.2.2主功放模块（MAM） (45) 6.2.3误差放大器模块 (46) 6.2.4延时滤波器模块 (46) -2-
50M H z-250W射频功率放大器的设计
实例介绍设计与制作功放(二) 出处：何庆华发布日期：2007-8-2 浏览次数：2249 在上篇的文中,我用实例的方法基本地讲述了功放的一些参数计算与设定,其实这也可应用于音响系统中使用晶体管放大的电路中. 由于觉得使用实例会让初入门的朋友会有更深刻的认识,所以此篇也将用实例去介绍功放中各级的匹配传输.但要我一个可典型说明的例子让我想了不少时间,最终决定选用了之前制作的全无环路反馈的功放电路.由于没有使用级间的环路反馈,以致级间的匹配以及各级的电路但总显得十分重要. 见图,在后级的放大线路,是没有环路反馈的这将会电路的指标有所劣化.因电路工作于开环状态,这需要选用性能较好的电路组态,以取得更好的实际音质.而没有使用环路 负反馈,好处是大家所熟知的.如避免了各类的互相失 真,既然无环路反馈有如此.全音质更纯真透明.正如胆 友所追求的效果.但有点却要说明,胆与石,都是为了满 是个人的喜好.而在进口的众多名器中,可以有很多是超 过十万的晶体管后级.甚至有几十万过百万的钽却先见 有超过十万的胆机!而在低挡商品机中,如万元下的进口 器材,胆机却是可以优于石机,但中高挡机中.石机不再 受制于成本,全电路性能大幅提高.同价位的胆石机间胆 机已处于劣势,这从实际试听及一些前辈的言论中也得 到证实.而在DIY中由于没有过多的广告费用,可令成 本都能集中到机内,如电路合理工艺精良,性价比大优于 商品机. 再说回电路,之所以使用无反馈电路就是想用晶体管 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
去取得胆机那中清晰温暖的声音,在这里，使用共射共基电路是必然的，共射共基电路又叫渥尔曼电路，前管共射配合后管的共基放大，让两管中间严重失配，却大降低了前管的密勒电容效应，使前管的频响大改善，而后管是共基电路，天生是频响的高手。在放大能力上，基射共基电路与一般的单管共射电路是没有分别的，但频响却在高频上独领风骚，故而在许多的进口名器上不乏其影，用于本机却可大大改善了开环响应与高频线性。 电路的参数计算在上篇已介绍过，这里就不再罗索了，第一级的工作电流是5mA，增益是2K2与470欧的比值，增益约为15dB，注意的是两个33欧的电阻是配合了K170/J74的参数，如要换用其他的管子可能需要更改这两个电阻的数值。第二级的工作电流约为13mA，增益约为18dB，忽略了输出级的轻微损耗，整机增益在33dB 左右，可以直驳CD机了。 第一级电路与第二级电路在匹配上是没有问题的，但第二级与输出级却由于无反馈而有一定的要求了。若在此输出级使用一般常见的两级射极跟随器，输入阻抗一般只能达到15K欧，由于音箱的阻抗在全频段的不平均，将令第二级电压放大电路的负载（为输出级的输入阻抗）变得不平均稳定。这将导致此级在全频带的放大量不一致，而本机又没有使用环路负反馈来纠正增益。 要解决这一问题有两种方法，一个是输出级用场效应管作推动，使输入阻抗阻抗在理论上达百万M欧，，在实际的应用中可在50K欧，但使用场效应管往往需要有120mA如此大的静态电流，否则音色显得干硬，而如此大的功耗而使功放级的偏置难于补偿。另一种方法是使用近年来许多进口高档机采用的三级双极型三极管组成的输出级电路，本机就采用这种电路，使实际的输入阻抗在50K以上，且不易受音箱负载的影响，但50K的负载对于第二级放大电路来说是太高的，为免增益太高，在第二级放大电路的集电极上各并上了一个10K的电阻，从而令本级达到了预期的增益，且使本级负载的更为稳定，频响更平坦。 输出管使用三对5200/1943并联，以降低输出阻抗，由于无负反馈，这级往往需要较大的静态电流来克服失真与改善音色。另外，直流化电路也是国外高档功放的基本电路形式，本机也不例外，使用直流放大电路可以杜绝耦合电容的音染，获得更好的音色效果，至此后级功放的电路已告完成。 在此有必要提及一下的是音量电位器与后级电路的匹配.在沙的国内DIY的朋友中,多有喜欢在后级的输入端加个音量电位器控制音量就算了,就算是有前级放大的,电位器多是放于前后级之间,这样做本是没有问题的,但如今的电路多数会在后级的输入端加有低通滤波网络,这时就会产生问题了。 电位器的输出阻抗相对较大，而后级的输入低通滤波的截止频率大多是忽略前面的输出阻抗而计算的，而音量电位器的输出阻抗是无法估计的，因其在不同的刻度位置时会有不同的输出阻抗，这样一来，所设计的理想截止频率却变得不理想，截止频率下移了，限制了高频的延伸，为此我在电位器与后级间加入了一级的缓冲电器，以将电位器与后级的直接关联切断，在实际的听感中，会觉得有此电路后高频的延伸力增强，分析力提高，声音却更顺耳，当然这也会与增加了一级的电路有关。而事实上这个缓冲电路也可以说是一个前级。 后级的电压放大级单独用上一组并联稳压电源，本机的缓冲级与音调电路使用另一组关联稳压，音调的切换使用一个OMRON的高品质继电器，以求减低故障率。 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
实例介绍设计与制作功放(二) 出处：何庆华发布日期：2007-8-2 浏览次数：2249 在上篇的文中,我用实例的方法基本地讲述了功放的一些参数计算与设定,其实这也可应用于音响系统中使用晶体管放大的电路中. 由于觉得使用实例会让初入门的朋友会有更深刻的认识,所以此篇也将用实例去介绍功放中各级的匹配传输.但要我一个可典型说明的例子让我想了不少时间,最终决定选用了之前制作的全无环路反馈的功放电路.由于没有使用级间的环路反馈,以致级间的匹配以及各级的电路但总显得十分重要. 见图,在后级的放大线路,是没有环路反馈的这将会电路的指标有所劣化.因电路工作于开环状态,这需要选用性能较好的电路组态,以取得更好的实际音质.而没有使用环路负反馈,好处是大家所熟知的.如避免了各类的互相失真,既然无环路反馈有如此.全音质更纯真透明.正如胆友所追求的效果.但有点却要说明,胆与石,都是为了满是个人的喜好.而在进口的众多名器中,可以有很多是超过十万的晶体管后级.甚至有几十万过百万的钽却先见有超过十万的胆机!而在低挡商品机中,如万元下的进口器材,胆机却是可以优于石机,但中高挡机中.石机不再受制于成本,全电路性能大幅提高.同价位的胆石机间胆机已处于劣势,这从实际试听及一些前辈的言论中也得到证实.而在DIY中由于没有过多的广告费用,可令成本都能集中到机内,如电路合理工艺精良,性价比大优于商品机.
再说回电路,之所以使用无反馈电路就是想用晶体管 去取得胆机那中清晰温暖的声音,在这里，使用共射共 基电路是必然的，共射共基电路又叫渥尔曼电路，前管 共射配合后管的共基放大，让两管中间严重失配，却大 降低了前管的密勒电容效应，使前管的频响大改善，而 后管是共基电路，天生是频响的高手。在放大能力上， 基射共基电路与一般的单管共射电路是没有分别的，但 频响却在高频上独领风骚，故而在许多的进口名器上不 乏其影，用于本机却可大大改善了开环响应与高频线 性。 电路的参数计算在上篇已介绍过，这里就不再罗索了，第一级的工作电流是5mA，增益是2K2与470欧的比值，增益约为15dB，注意的是两个33欧的电阻是配合了K170/J74的参数，如要换用其他的管子可能需要更改这两个电阻的数值。第二级的工作电流约为13mA，增益约为18dB，忽略了输出级的轻微损耗，整机增益在33dB左右，可以直驳CD机了。 第一级电路与第二级电路在匹配上是没有问题的，但第二级与输出级却由于无反馈而有一定的要求了。若在此输出级使用一般常见的两级射极跟随器，输入阻抗一般只能达到15K欧，由于音箱的阻抗在全频段的不平均，将令第二级电压放大电路的负载（为输出级的输入阻抗）变得不平均稳定。这将导致此级在全频带的放大量不一致，而本机又没有使用环路负反馈来纠正增益。 要解决这一问题有两种方法，一个是输出级用场效应管作推动，使输入阻抗阻抗在理论上达百万M欧，，在实际的应用中可在50K欧，但使用场效应管往往需要有120mA
射频功率放大器模块的设计与实现 摘要：提出了功率放大器设计中的两个关键问题，结合GSM直放站功率放大器模块的工程实例，详细分析了该功率放大器模块的设计过程。最后给出该模块样机的实测结果，进一步验证了设计方法的有效性。 关键词：功率放大器;射频电路;线性化 引言 随着现代数字移动通信技术的蓬勃发展，用户对无线通信设备的性能要求越来越高，实现在各种环境中的稳定、高速的数据传输是未来移动通信系统研究者的主要目标之一。射频功率放大器是发射机的末级，它将已调制的频带信号放大到所需要的功率，保证在覆盖区域内的接收机可以收到满意的信号电平，但不能过于干扰相邻信道的通信，同时又要尽量地保持放大后的大功率信号不失真畸变。这些不同方面的要求使得功率放大器的设计者要面面俱到地考虑到很多指标的平衡，功率放大器的设计也成为无线通信系统设计过程中的关键步骤之一。 功率放大器设计中的两个重要问题 电路设计中的电磁兼容(EMC)措施 射频电路工作在很高的频率上，在元件引脚或者电路引线上会产生一定的寄生参量。而射频功率放大器中，在高功率、大电流的环境下，寄生参量对于系统的影响大大增加，另外，引线电感及走线电感等又是引起高频辐射干扰的重要因素，这些功率不小的电磁干扰(EMI)可能会使功率放大器本身、电源部分或者系统的其他部分的性能大幅下降，很多情况下会直接影响系统的多项主要指标。 为了尽可能减小电磁干扰的影响，需要在电路设计及PCB设计中采取电磁兼容(EMC)措施，这样做也能有效地减少后期调试工作量，增加产品的可靠性和一致性，提高产品性能。 我们在工程中采取的措施主要有：电源线应尽量粗，器件电源或偏置网络都应该多加去耦电容和扼流电感，并选用高频性能好的器件，从而增加电源的稳定性，减少电源波动对于器件的影响；PCB设计要合理布局，功率放大器部分应该与其他低功率或者数字部分尽量远离，并在中间加装金属隔条、屏蔽罩或微波吸附材料，避免功率放大器与其他部分的相互辐射干扰；PCB设计中，在无元件、线路经过的位置多加保护地，并多加金属化通孔造成多点接地；射频走线尽量短，严格控制线头、引脚长度，匹配网络应尽量靠近需要匹配的器件，等等。实践证明，这些措施都能够很好地减少电磁干扰，改善电路性能。 功率放大器的线性化
射频功放设计步骤（思路） 本文将对射频功放电路的设计过程进行简要地介绍，以便初涉射频功放开发的同仁参考。 第一步，制定设计方案 在进行射频功放设计时，我们首先要根据给定（或需要）的技术指标和功能指标制定设计方案。制定设计方案的主要依据是指标要求中的增益、额定输出功率、线性度（ACPR/IMD）、载波数、功耗/效率等指标。 1.在GSM及LTE基站系统中，由于对线性度要求不是 很高或者额定输出功率不是很大，且在单载波情况下工 作，所以我们选择传统的射频功放设计方案——功率回 退法（高功放HPA）。 构成HPA放大器一般有两种工作状态：A类及AB类工作状态。A类放大器具有良好的线性放大性能，其三阶交调产物与输出功率的变化关系是：输出信号功率减小3dB（即减小一半功率），则三阶交调产物改善6dB。一般来讲，A类放大器在1dB压缩点输出时，三阶交调系数约为－23.7dB (通常取－20dB)。为了达到一定的线性，并考虑到工程问题，A类放大器需回退15dB，此时放大器的三阶交调抑制可以达到－45～－50dBc。然而使用A类放大器的最大缺点是效率低及成本较高。这是因为A类放大器在它的1dB压缩点输出功率时，其效率只有10％。比如，完成一个30W平均输出功率的HPA，就需要至少有300W的耗电，并且工作电流随输出功率变化的值不大。若
考虑回退12dB，则需要有480W平均功率输出，需耗电4.8kW。为了达到30W的输出功率需要用较多的功率管。这样就加大了HPA的成本和体积，增大了研制成本和难度。为了避免这个问题，建议在小功率放大器(平均功率输出≤5W)设计中使用A类放大器；在中大功率放大器(平均功率输出>5W)设计中使用AB类放大器。 AB类放大器的特点是效率高、成本低。由于单管的输出功率高，仅需少量的功率管即可做到较高的输出功率，所以成本较低，且散热和结构设计可以简单化。目前用在AB类的管子主要选LDMOS管，AB类放大器用最大包络功率PEP来描述其功率容量，类似A类的1dB压缩点。偏置在AB类的LDMOS放大器，在PEP处的互调抑制为28dBc，回退3dB时互调抑制接近40dBc，继续回退，改善不大。回退10dB时效率约为15%。 总之功率回退法的优点是简单、易实现，缺点是受功率管P1dB 限制。 A类放大器的三阶交调系数IMD3、三阶交截点IP3及输出功率Pout的关系见公式1 IMD3(dBc)=2[ IP3 (dBm)-Pout(dBm)]公式1 A类放大器的1dB压缩点P1dB与其三阶交截点IP3的关系曲线图见图1、图3。 1dB压缩点P1dB定义：当输入功率较低时，输出功率与输入功率成比例关系。当输入功率超过一定的量值之后，晶体管的增益开始下降，最终结果是输出功率达到饱和。当放大器的增益偏离常数或比其
射频功率放大器仿真设计 本设计采用Freescale的功放管MRF7S38010H。 一、静态工作点直流扫描 功率放大器设计时，需输出功率、效率、线性度等指标要求选择功放管的工作状态。本设计根据datasheet给出的静态工作点来仿真，为AB类，如图1所示。 图1 静态工作点直流扫描 仿真结果如图2所示，静态电流为162mA，栅极电压为2.85V。
图2 静态工作点仿真结果 二、稳定性分析 对于功放来说，稳定性非常重要。不稳定的电路很容易引起功放管自激甚至损坏。所以，在放大器匹配电路设计的时，首先需要进行稳定性分析和稳定电路的设计，保证稳定系数K在整个频段内大于1。如果在整个频段内难以做到无条件稳定，有时只需确保晶体管工作频段以及附近频段的K＞1即可。 该功放管的稳定性电路和仿真结果分别如图3和图4所示。 图3 稳定性仿真电路原理图 从图4的结果来看，在3.5GHz以下的频率范围内K值基本小于1，所以该电路是条件稳定，需要做稳定性措施。 解决稳定性的常用办法是在功放管输入端加入电阻等有损元件来消耗掉过多的能量，特别是低频部分。输出端一般不加入电阻，以免造成输出功率损失。在射频输入端口插入电阻和电容组成的并联网络；同时，在栅极端接射频扼流的 传输线，再并联射频去耦电容，最后串联一个稳定电阻，如图5所示。此方/4 法稳定效果好，但增益会降低。具体数值需要通过仿真结果来不断调试。
图4 稳定性仿真结果 图5 加入稳定元件后的稳定电路原理图 仿真结果如图6所示。从图6可见，稳定系数在整个频段内都大于1。加入了稳定电路后，整个系统的增益有所降低。
图6 稳定性仿真结果 一般情况下，稳定性与偏置电路的设计是结合在一起的。因为供电端和射频信号是连接在一起的，所以在进行匹配设计时也需要考虑偏置电路特性。/4λ传输线是匹配电路的一部分，在匹配设计中要注意这一点。实际上，射频扼流作用的微带线长度并非一定要为/4λ，而是小于/4λ，所以图5中的栅极电长度并非为90度。 在选择射频耦合电容时，要求电容的谐振点要高于所应用频率范围最高值。本设计中，最高频率为3.5GHz ，所以选择村田的2.7PF ，0603封装的射频电容。 三、 Loadpull 负载牵引 负载阻抗决定了功放电路的最大输出功率和效率。 在设计功率放大器时，为了得到最大的功率输出，采用功率匹配。通过Load-Pull 仿真得到最大功率点的最优负载阻抗值，然后进行输出匹配电路的设计，如图7所示。 需要注意的是，要保证功放输出功率达到最大，需将输入功率设定为合理的值，此设计中设置为25dBm 。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/491393752.html, C波段射频功率放大器的设计 作者：陈艳 来源：《山东工业技术》2017年第24期 摘要：射频功率放大器是微波发射系统的重要组成部分。由于氮化镓功率管具有带隙 宽、击穿电场高的特性，因此其带宽宽、特性高效。利用ADS仿真软件设计一种功率放大器，以晶体管小信号I-V曲线以及S参数作为功率管输入和输出阻抗匹配和偏置电路设计优化的参考数据。在4GHz—6.5GHz频段范围内，将射频信号输入功率为0dBm，放大为38dBm，带内波动控制在±1dB。 关键词：C波段射频功率放大器;GaN半导体;设计 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/491393752.html,ki.37-1222/t.2017.24.095 半导体功率器件GaN作为一种新型晶体管，其电子迁移率高、频带宽、击穿场强高以及功率密度大等特点，这使得其适用于高功率、高频率的功率器件。宽频带半导体功率元器件被广泛应用于民用和军用的雷达、通信等领域，使电子信息系统的性能得到极大提升[1]。本文 利用了AgilentADS仿真软件设计一种C波段功率放大器，具有2.5G的带宽，主要适用于无线通信、雷达等。该C波段功率放大器的技术参数为在4—6.5GHz波段范围内，其输入功率为 0dBm，输出放大功率为38dBm，带内波动范围为 1 射频功率放大器工作原理 对射频功率放大器进行总体设计时，结合功率放大器的输出功率、工作频带特点，先分级设计，而后再将各级级联的设计思路。本文中设计的功率放大器模块设计为两级放大，以C波段的功率放大模块EMM5078ZV作为驱动级放大设计，GaN功率管TGF2023作为功放级放大设计。驱动级放大电路设计重在提高增益，并保证增益相应的平坦度;而功放级电路设计则侧重于输出功率的保障[2]。 2 射频功放器设计 2.1 功放级设计 基于市场上提供的绝大多数GaN射频功放管其厂商并未提供大信号模型，缺少DesignKit，因此，本设计中使用的GaN功率管TGF2023其带内S参数在数据文件中提供。 GaN管的静态工作点（漏极电流和偏置电压、栅极偏置电压）通过直流偏置仿真确定。通过对ADS中场效应管直流仿真模板图的引入，同时增设二端口模型，将其导入S参数的文件，并且将直流偏置仿真控件加入其中，最后确定VDS=28V和IDS=0.5A条件下的VGS结果。栅极偏置电压则通过仿真结果得到VGS=-1V，漏极电流0.535A。
出处：何庆华
去取得胆机那中清晰温暖的声音,在这里，使用共射共 基电路是必然的，共射共基电路又叫渥尔曼电路，前管 共射配合后管的共基放大，让两管中间严重失配，却大 降低了前管的密勒电容效应，使前管的频响大改善，而 后管是共基电路，天生是频响的高手。在放大能力上， 基射共基电路与一般的单管共射电路是没有分别的，但 频响却在高频上独领风骚，故而在许多的进口名器上不 乏其影，用于本机却可大大改善了开环响应与高频线 性。 电路的参数计算在上篇已介绍过，这里就不再罗索 了，第一级的工作电流是5mA，增益是2K2与470欧的比值，增益约为15dB，注意的是两个33欧的电阻是配合了K170/J74的参数，如要换用其他的管子可能需要更改 这两个电阻的数值。第二级的工作电流约为13mA，增益约为18dB，忽略了输出级的轻微损耗，整机增益在33dB左右，可以直驳CD机了。 第一级电路与第二级电路在匹配上是没有问题的，但第二级与输出级却由于无反馈而有一定的要求了。若在此输出级使用一般常见的两级射极跟随器，输入阻抗一般 只能达到15K欧，由于音箱的阻抗在全频段的不平均，将令第二级电压放大电路的负载（为输出级的输入阻抗）变得不平均稳定。这将导致此级在全频带的放大量不一 致，而本机又没有使用环路负反馈来纠正增益。 要解决这一问题有两种方法，一个是输出级用场效应管作推动，使输入阻抗阻抗在理论上达百万M欧，，在实际的应用中可在50K欧，但使用场效应管往往需要有120mA 如此大的静态电流，否则音色显得干硬，而如此大的功耗而使功放级的偏置难于补偿。另一种方法是使用近年来许多进口高档机采用的三级双极型三极管组成的输出级电
September 2013 1 ? 2013 Microsemi Corporation A 700W Broadband Amplifier Using VRF2944 Introduction This article describes a robust 700W 1.5-52 MHz broadband linear amplifier using the new Microsemi VRF2944 power MOSFETs. The VRF2944 represents the latest in high power VDMOSFET devices. With a minimum BVD SS of 170V, it will operate from a 65V supply allowing the devices’ optimum output power to be obtained with a simple 4:1 broadband transformer. In this circuit configuration, the VRF2944s are capable of providing 700W of continuous output power with enough design headroom to survive the momentary impedance transients that occur in typical operation. Features and requirements for all of the major components of the design are identified, with sourcing information. A printed circuit board layout is provided. Topology The basic broadband transformer-coupled push-pull circuit topology has remained unchanged for almost 70 years. The only changes over that time being the transformer construction, their ratios, and supply voltage, as determined by the ever-increasing capabilities of active devices. Push-pull operation offers several advantages over any single-ended design. First and foremost, it provides twice the output, without using a separate combiner. Its inherent circuit balance suppresses the even harmonics which then reduces the complexity of output lowpass filters needed for regulatory compliance. A single-ended broadband circuit requires a very strong supply bypass capacitor at the cold end of the output transformer, but in the push-pull circuit the supply voltage is applied at an RF-neutral point. This greatly simplifies the design and lowers the stress on the bypass capacitors. Figure 1 · Amplifier Top View Application Note 1819
ADS射频功放设计简单流程 (2013-03-01 09:30:41) 转载▼ 分类：学习收集 功放设计仿真的一般步骤 1、首先需要确定放大器的特性指标，并根据指标选定合适的功放管。 2、将厂家提供的晶体管模型库导入到ADS模型库中。 3、根据放大器的要求和晶体管特性确定静态工作点。 4、进行功率放大器的电路设计，包括阻抗匹配、偏置电路等。 5、对所设计电路进行仿真，分析仿真曲线并得出结论。 6、优化功放电路结构和电路参数。 本次PA设计参数如下： 1 频率：960MHz 2 输出功率：10W 3 增益：18dB 4 效率：>30% 5 电源电压：28V 选择了飞思卡尔的功率管MW6S010N。 设计环境：使用软件ADS2009，安装了RF_POWER_ADS2009U1_DK（Designkit）安装飞思卡尔管子的Designkit。 1、直流扫描 首先对LDMOS管进行直流工作点扫描。根据Datasheet上的指标，得到当偏置为V DD=28V，V GS=2.7V时，I DQ=125mA。仿真结果如图1所示。
图1 功放直流扫描 2、偏置和稳定性分析 按照Datasheet设计功放的偏置电路[由于频率比较低，采用集总电感起到射频扼流的作用，用电容实现电源滤波] ，然后，进行稳定性分析，从仿真结果图2，可见该器件在工作频段上绝对稳定，可以进行下一步的设计。 图2 稳定性分析 3、负载牵引[PA的最近负载阻抗会随着输入信号功率的增加而改变，在Smith圆图上针对给定的一个输入功率值绘制出在不同负载阻抗时的等输出功率曲线，找出最大输出功率时的最佳负载阻抗。]和源牵引 我们对功放进行负载牵引和源牵引，设定匹配点阻抗960MHz，通过反复修改源和负载阻抗值[利用负载牵引的找到最佳负载阻抗，并将负载阻抗的匹配网络代入源牵引中，找到最佳源阻抗，并作源匹配网络，并将找到的最佳源阻抗的匹配网络再代入负载牵引中，如是反复调整，来找到最终的最佳源阻抗和负载阻抗]，最终得到收敛，输入功率为23dBm，输出的最大功率值为42.31dBm。负载阻抗为5.471+j*5.591, 源阻抗为1.737+j*3.593，仿真结果如图3和图4所。
本科毕业设计(论文) 题目用于通信系统终端的PA的设计与实现 专业名称通信工程 学生姓名张永祥 指导教师邹昕 毕业时间 2016年6月
任务书 一、题目 用于通信系统终端的PA的设计与实现 二、指导思想和目的要求 现阶段，当代社会无线通信技术飞速的发展。在我们的日常生活中，诸如蓝牙，WiFi等无线通信技术随处可见，目前无线通信系统已经全面进入4G时代，未来又将步入5G时代。功率放大器虽然只是无线通信系统中很小的一块，然而其设计的好坏却关系着系统整体的性能，目前，世界上无线通信用户的人数逐年的递增，它的发展现在已经相当成熟。由于通信业的飞速发展，对于功率放大器我们也提出了新的要求，我们要设计出性能良好的放大器来支撑整个无线通信系统。 AB类功率放大器是一个相对在效率和线性度折中的一种放大器，是功率放大器最为常用的一种形式，应用十分广泛。AB类功率放大器处在A类和B类放大器中间的位置，导通角在180°~360°这个范围。在确定放大器指标后，首先要对采用的晶体管进行直流工作点的扫描分析，以获得最佳的工作状态。完成晶体管支流扫描后，还需要对射频功率放大器电路的稳定性进行分析，以保证其工作的稳定。对于射频放大器，往往用的是在输入端进行阻抗匹配的共轭匹配，共轭匹配是一种常见的处理方法，这样做可以很大的范围内降低功率的反射，功率的反射整个电路影响非常大。另外，在输出端，我们一般用负载线匹配的方式。在真正进行放大器的操作实验时，我们会采用Loadpull曲线，Loadpull曲线可以确定匹配阻抗的阻值，让我们了解参数的范围。通过使用Loadpull，我们可以得知当最大功率输出时的阻抗点是多少。 三、主要技术指标 本次以一个AB类功率放大器使用ADS2009软件进行射频功率放大器的设计，设计一个指标为工作频率：900MHz；1dB压缩点输出功率：>35dBm；增益：> 20dB