射频衰减器功率系数的意义和应用
在测试和测量中，了解衰减器的功率系数有什么意义呢？我们用下图的案例来说明在测试和测量中如何应用衰减器的功率系数指标。
衰减器的典型应用
上图是一个简单而十分常见的放大器或发射机功率测货系统，其中衰减器被用于降低被测信号的电平以适应终端式功率计的测试范围。假设被测功率为50W，衰减器的衰减量为40dB，其功率系数为0.0003dB/（dB W），终端式功率计的测试范闱是-30~+20dBm。
系统的测试误差来自四个方面：
（1）所有连接端口的失配误差；
（2）衰减器的标称衰减量偏差；
（3）衰减器的衰减量随功率的变化，即功率系数所起到的作用；
（4）功率计的误差。
上述误差中，失配误差不能被修正，所以要选择VSWR低的测试器件，包括电缆和衰减器，通常要选择VSWR小于1.1的器件并不闲难；衰减器和测试电缆的标称衰减里偏差可以通过网络分析仪来精确测量，如40.5dB，并将这个数值输入到功率汁的偏置值中，也就是说这个偏差可以被修正；功率计的误差不可修正，但是终端式功率计的精度很高，可以做到1％~3％。
最后一个不能修正的误差就是衰减器的衰减量随功率的变化，通过功率系数指标可以计算出衰减量的变化为0.0003x40x50=0.6(dB)，换算成功率的测试误差高达-12.7%/+15.1％。
从这个例子中，我们发现在所有的测试误差中，最大的误差来自衰减器的衰减量不稳定性，也就是由于功率系数的作用所产中的！这个误差可以预见，但是不可修正，最终的结果显然差强人意。
接下来的问题是，就像用网络分析仪精确测量常温小信号条件下衰减器的实际衰减量那样，衰减器的功率系数可以被精确测量出来吗？如果可以的话，那么上述由于功率的变化所产生的误差就可以被进一步缩小。来自oitek
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。
非常好的滤波器基础知识 滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一，主要是用来作频率选择----让需要的频率信号通过而反射不需要的干扰频率信号。经典的滤波器应用实例是接收机或发射机前端，如图1、图2所示： 从图1中可以看到，滤波器广泛应用在接收机中的射频、中频以及基带部分。虽然对这数字技术的发展，采用数字滤波器有取代基带部分甚至中频部分的模拟滤波器，但射频部分的滤波器任然不可替代。因此，滤波器是射频系统中必不可少的关键性部件之一。滤波器的分类有很多种方法。例如：按频率选择的特性可以分为：低通、高通、带通、带阻滤波器等； 按实现方式可以分为：LC滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、介质滤波器、腔体滤波器、高温超导滤波器、平面结构滤波器。 按不同的频率响应函数可以分为：切比雪夫、广义切比雪夫、巴特沃斯、高斯、贝塞尔函数、椭圆函数等。 对于不同的滤波器分类，主要是从不同的滤波器特性需求来描述滤波器的不同特征。 滤波器的这种众多分类方法所描述的滤波器不同的众多特征，集中体现出了实际工程应用中对滤波器的需求是需要综
合考量的，也就是说对于用户需求来做设计时，需要综合考虑用户需求。 滤波器选择时，首先需要确定的就是应该使用低通、高通、带通还是带阻的滤波器。 下面首先介绍一下按频率选择的特性分类的高通、低通、带通以及带阻的频率响应特性及其作用。 巴特沃斯切比雪夫带通滤波器 巴特沃斯切比雪夫高通滤波器 最常用的滤波器是低通跟带通。低通在混频器部分的镜像抑制、频率源部分的谐波抑制等有广泛应用。带通在接收机前端信号选择、发射机功放后杂散抑制、频率源杂散抑制等方面广泛使用。滤波器在微波射频系统中广泛应用，作为一功能性部件，必然有其对应的电性能指标用于描述系统对该部件的性能需求。对应不同的应用场合，对滤波器某些电器性能特性有不同的要求。描述滤波器电性能技术指标有： 阶数（级数） 绝对带宽/相对带宽 截止频率 驻波 带外抑制 纹波 损耗
衰减器基础知识 同轴衰减器、射频衰减器、衰减器、高功率衰减器 衰减器，射频微波中简单的一个附件之一，要说哪个射频实验室没有，估计大家都不相信，当然，衰减器的大用户是用来衰减功率或者保护后级。 衰减器按照组成类型来分的话，主要有同轴、波导、PIN二极管等多种形式。同轴衰减器以吸收式也就是我们的衰减片为主。所以在衰减器厂商中能把衰减片做好可是一门绝活，据称一般不外传。 衰减片 先不表IC衰减器，同轴衰减器从应用类型来分，可以分为固定衰减器、手动可调衰减器、可编程衰减器等。在这里要多叨叨一句，如果是可编程衰减器，分为“make before break”（先合后断）和“break before make”（先断后合）两种。如果想衰减值之间无中断地切换的话，应该选择“make before break”类型，否则可能会出现开关切换时的开路状态哈！ 衰减器的主要射频指标 1) 频率范围：这个不用说，大家都明白，还是和其它器件一样，越高频越难做。一般6G以下除了比较高的功率外，我们倾向于认为国产品牌已经做的不错了。 2) 承载功率：这个很讲究。 大家看指标书的时候请务必看一下，标出的一般都是25℃下连续波功率。所以大家在遇到脉冲功率的时候，请务必换算一下脉冲占空比哦。 这里请大家注意哦，如果是同轴衰减器的话，因为是无源功率器件，需要考虑一个温度系数，单位为dB/℃，表征随着温度变化标称衰减值的变化量： 一般随着温度的升高，承载功率是线性下降的。所以如果衰减器的应用环境是室外的高温环境的话，请一定记得提高承载功率，否则衰减器烧毁估计就是妥妥的了。 3）衰减值 既然作为衰减器，衰减值当然是重要的了。一般我们常见到的是3,6,10,20,30,40,50dB。所以如果亲想要一个2.5dB的精密衰减器，这八成就得订做了。
1 / 5 功率衰减器参数与检测 TP-LINK 内销PE 李悦 一、概述 在无线系统测试中常常需要对从一个设备到另一个设备的信号进行衰减。例如，射频发射机测试中，涉及的功率等级常常从几瓦到几百瓦甚至上千瓦，这么大功率的信号必须得经过衰减以后才可以连接到大部分的测试设备中，否则会对测试设备有损害。一种叫做衰减器的简单电路常常能用来减少信号幅度，而且衰减器不但可以把信号电压衰减到一定值还可以对阻抗值进行变换。 衰减器的技术指标包括衰减器的工作频带、衰减量、功率容量、回波损耗等。工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器,衰减量才能达到指标值；衰减量是指输入信号与输出信号功率的对数值之差；功率容量就是衰减器正常工作时能够承受的最大功率损耗，衰减器是一种能量消耗元件，功率消耗后变成热量。可以想象，材料结构确定后，衰减器的功率容量就确定了；回波损耗指的是传输信号被反射到发射端的比例，可以用驻波比来形容，对于功率衰减器，要求其两端的输入输出驻波比应尽可能小；衰减器是一个功率消耗元件，不能对两端电路有影响，也就是说，与两端电路都是匹配的。 二、两个重要指标 进行衰减器设计时，最基础的两个指标要求如下： 2.1衰减量 无论构成功率衰减的机理和具体结构如何,总是可以用下图所示的二端口网络来描述衰减器。 图中,信号输入端的功率为P 1，而输出端的功率为P 2，衰减器的功率衰减量为A（dB）。若P 1、P 2以分贝毫瓦（dBm）表示,则两端功率间的关系为： 即： 可以看出，衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定。衰减量用分贝作单位,便于整机指标计算。 2.2阻抗匹配 利用电阻构成的T 型或П型网络实现集总参数衰减器，通常情况下，衰减量是固定的，且由三个电阻值决定。两种电路拓扑下图所示。图中Z 1、 Z 2是电路输入端、 输出端的特性阻抗。 T 型功率衰减器； π型功率衰减器 1 2() ()10lg () P mW A dB P mW = (a )(b )Port ‐2 P2 Port ‐1 P1 ()()()21P dBm =P dBm -A dB
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
射频功率放大器实时检测的实现 广播电视发射机是一个综合的电子系统，它不仅包括无线发射视音频通道，而且还包括通道的检测和自动控制电路，因此在设计时，它除了必须保证无线通道的技术指标处于正常范围外，还必须设计先进的取样检测和保护报警等电路，以确保发射机工作正常，从而实现发射机在线自动监测和控制。近年来，随着大功率全固态电视发射机多路功率合成技术的发展，越来越多的厂家采用模块化结构设计，因此单个功率放大器模块是整个发射机的基本测单元，本文就着重讨论单个模块的检测和控制电路，从而实现发射机在线状态自动监测。 一、工作原理 在功放模块中，主要检测和控制参数为电源电压，各放大管的工作电流，输出功率，反射功率，过温度和过激励保护等，图1为实现上述检测控制功能的方框图，它由取样放大电路，V/F变换，隔离电路，F/V变换，A/D转换，AT89C51，显示电路和输出保护电路等组成。 1、隔离电路 在功放模块中，由于大功率器件的应用，往往单个模块的输出功率都比较大，因而对小信号存在较大的高频干扰，如处理不好，就会影响后级模数转换电路工作，从而导致检测数据不准确，显示数据跳动的现象，甚至出现误动作。这里采用光电耦合器进行隔离，由于光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，从而将模拟电路和数字电路完全隔离，保障系统在高电压、大功率辐射环境下安全可靠地工作。 2、LM331频率电压转换器
V/F变换和F/V变换采用集成块LM331，LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。 图2是由LM331组成的电压频率变换电路，LM331内部由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。 当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容C3对电阻R3放电。当电容C3放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压－频率变换。其输入电压和输出频率的关系为：fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2) 由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。 同样，由LM331也可构成频率－电压转换电路。
滤波器定义 Attenuation（衰减）信号在通过耗散网络或其他媒体时所导致的电压损耗（以dB 为单位）。Band Reject Filter（频带抑制滤波器）滤波器，其对一个频带的频率进行抑制而让较高或较低的频率通过。有时也称作带阻滤波器。 （带宽）带通滤波器的通带宽度是较低和较高转角频率之间的频差，诸如3 dB 点。Bandpass Filters（带通滤波器）滤波器，其让一个频带的频率通过而对较高和较低的频率进行抑制。 Bessel Function（贝塞尔函数）数学函数，用于在根本不考虑幅度响应的情况下在滤波器中产生最恒定的时间延迟。该函数十分接近于高斯函数。 Butterworth Function（巴特沃斯函数）数学函数，用于在根本不考虑时间延迟或相位响应的情况下在滤波器中产生最恒定的幅度响应。 Center Frequency（中心频率）(?0) 在标准带通滤波器中，中心频率是通过集合或算术方法计算出来的。 几何方法 算术方法 Characteristic Impedance（特征阻抗）滤波器的特征阻抗通常被认为是等于L/C，其中L 是以亨利(henry) 为单位的全系列电感应，而 C 是以法拉(farad) 为单位的总旁路电容。特征阻抗是以欧姆(ohm) 为量度的。 Chebyshev Function（切比雪夫函数）数学函数，用于生成在特定范围波动的曲线（见ripple/波纹）。这用于生成比巴特沃斯函数更接近矩形的幅度响应，但想要的相位和时间延迟特征较少。有一整套的切比雪夫函数（0.1 波纹、0.5 波纹，等等）。 Cut-Off Frequency（截止频率）( fc ) 低通滤波器中的上通带边缘或者高通滤波器中的下通带边缘。最靠近阻带的通带边缘，有时称作3 dB 点。 Decibel（分贝）(dB) 增益或衰减单位，用于表示两个电压之比。用于描述电压增益、电压损耗、性能指数或任何可以作为两个电压之比来考虑的数值。以分贝定义为20 Log (E1/E2)，其中E1 和E2 是两个电压，诸如输入和输出电压，或者峰值电压和平均电压，等等。Dissipation（耗散）滤波器中由于电阻或磁芯损耗等而发生的能量损耗。 Distortion（失真）通常是指信号遭到修改从而产生不想要的末端效应。这些修改可以是与相位、幅度和延时等有关的。正弦波失真通常定义为正弦基波成分被去除后所剩余的信号功率的百分比。 Elliptic Function（椭圆函数）一个数学函数，用于借助若干个电路元件产生最接近矩形的相位滤波器相应。椭圆函数在通带和阻带两者中都有一个切比雪夫响应。椭圆函数滤波器的相位响应和瞬态响应要比任何传统的传递函数要差。 Envelope Delay（包络延迟）调相信号在通过滤波器时，其包络的传播时间延迟。有时也称作时间延迟或群延时。包络延迟与移相响应与频率曲线之比成比例。包络延迟失真是当延时在通带区域中所有频率处并不都恒定时发生的。 Filter Q（滤波器Q）带通和频带抑制滤波器的一个重要参数: 带通与频带抑制: Q = ?o 3 dB 带宽 Gaussian Function（高斯函数）数学函数，用于设计传递阶跃功能的滤波器（零过冲，最大上升时间）。与贝塞尔函数滤波器类似。
信电学院 CDIO一级项目设计 说明书 （2014/2015学年第一学期） 课程名称： CDIO一级项目 题目：基于Multisim电路设计仿真 专业班级：通信工程11-02 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计成绩： 2015年1月10日
目录 1、CDIO设计目 (1) 2、CDIO设计正文 (1) 2.1功率衰减器介绍 (1) 2.1.1 T型功率衰减器 (3) 2.1.2 π型功率衰减器 (4) 2.2 功率衰减器设计 (5) 2.2.1 功率衰减器设计要求 (5) 2.2.3 基本设计思想 (5) 2.2.4 设计步骤及仿真结果 (5) 4、设计心得 (8) 5、参考文献 (8) 6、附录表格 (9)
1、CDIO设计目的 (1)通过该项目，充分体现CDIO的教学模式，以学生为认知主体，充分调动学生的积极性和能动性，重视学生自学能力的培养。 (2)完成本项目后对本专业与社会政治经济的关系和和谐互动形成一个较清楚的认识。培养学生CDIO能力，巩固查阅文献、查课外书籍的习惯，为后续项目、课程学习等其它内容的开展打下一个良好的基础。 (3)CDIO的设计内容： ①设计一个功率衰减器； ②掌握T型同阻式功率衰减器和π型同阻式功率衰减器的各个参数计算； ③熟悉各单元电路测试点的正常参数； ④学习基本复杂电路的设计原理和具体方法步骤，并对其进行multism仿真； ⑤加深对电路设计技巧及电子电路原理的理解。 2、CDIO设计正文 2.1功率衰减器介绍 功率衰减器是一种能量损耗性射频/微波元件，元件内部含有电阻性材料。衰减器广泛用于需要功率电平调整的各种场合。 衰减器的技术指标 (1) 工作频带。衰减器的工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器，衰减量才能达到指标值。由于射频/微波结构与频率有关，不同频段的元器件，结构不同，也不能通用。现代同轴结构的衰减器使用的工作频带相当宽，设计或使用中要加以注意。 (2) 衰减量。衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定。衰减量用分贝作单位,便于整机指标计算。 图1 功率衰减器模型
1.1 研究背景 随着人类社会进入信息化时代，无线通信技术有了飞速的发展，从手机，无线局域网，蓝牙等，到航空航天宇宙探测，已经深入到当今社会生活的各个方面，成为社会生活和发展不可或缺的一部分。无线通信设备由最初体积庞大且功能单一的时代，发展到如今的口袋尺寸，方寸之间集成了各类功能强大的电路。这些翻天覆地的变化，都离不开射频与微波技术的支持。而急速增长的应用需求又促使着射频微波领域不断的研究，更新换代。快速的发展使得射频微波领域的研究进入了白热化阶段，而在几乎所有的射频与微波系统中，都离不开信号的放大，射频与微波功率放大器作为系统中功耗最大，产生非线性最强的模块，它的性能将直接影响系统性能的优劣，由于其在射频微波系统中的突出位置，功率放大器的研究也成为射频微波领域研究的一个十分重要的方向[1]。 功率放大器作为射频微波系统中最重要的有源模块，其理论方面已经十分成熟。 A 类、 B 类、 C 类、 D 类、AB 类、E/I E 类、F/I F 类、Doherty等各类功率放大器也已经成功应用到各个领域。 1.2射频功率放大器的发展现状 射频功率放大器的核心器件为其功率元器件——晶体管，它是一种非线性三端口有源半导体器件，它的放大作用，并不是晶体管能凭空产生能量，使能量放大，而是完全由集电极(BJT)或漏极(FET)电源的直流功率转换而来的。晶体管只是起到了一种控制作用，即用比较小的信号去控制直流电源产生随小信号变化的大信号，从而把电源的直流功率转换成为负载上的信号功率。功率放大器的理论知识发展已经十分完善，其面临的更多是一些工程的问题。所以，射频功率放大器性能的提升主要来自于晶体管性能的提升，即半导体技术的发展，和放大器本身电路形式的改进。根据晶体管所用的半导体材料的不同，可以大体将其分为三个不同的发展阶段。第一代半导体材料以硅(Si)和锗( Ge)等元素半导体为主。第二代半导体材料以砷化镓(GaAs)、磷化铟( InP)、锗硅(SiGe)等化合物半导体为代表，相比于第一代半导体材料，其禁带更宽、 1
耦合滤波器的功率容量分析 目录 1概述 (2) 2功率容量的仿真分析 (2) 2.1击穿场强的仿真分析 (2) 2.2最大场强的仿真分析 (3) 2.2.1整体模型仿真法 ............................................................................. 错误！未定义书签。 2.2.2单腔本征模分析法： (3) 2.2.3单腔模型对比法： (4) 3分析举例 (6) 第1页,共7页
1 2 概述 射频带通滤波器通常由多个谐振器以及相互之间的耦合构成，为了能够产生传输零点，通常需要不相邻的两个谐振器之间的耦合，这种不相邻的耦合称作交叉耦合。本文主要介绍交叉耦合滤波器的电路模型分析与综合方法。 3 功率容量的仿真分析 滤波器输入功率越高，内部场强越大，当内部电场强度超过击穿场强时，将引起气体电离导通，形成短路，大功率在内部释放，产生的热量同时使得空气温度升高，加速气体的电离，形成恶性循环。对于镀银的同轴腔滤波器来说，热量使得表面温度升高，导致镀银层迅速氧化，形成氧化银黑点。 已知击穿场强b E ，和1瓦功率输入时的滤波器内部最大场强m E ，从电磁原理可知，滤波器输入功率和内部场强的平方成正比，滤波器的功率容量为： 公式1. 2 ??? ? ??=b m E E P 3.1 击穿场强分析 击穿场强b E （V/m ）主要和温度e T （℃）、气压a P （毫米汞柱）、峰值功率持续时间p τ（秒）、频率ω（Hz ），有效距离eff L （cm ）密切相关。
公式2. 16 3 226222064000101375??? ? ????++??????+=p eff c b p L p v p E τω 式中， 公式3. ???? ? ?=+=p v T P p c e a 9105273273 3.2 最大场强的仿真分析 滤波器最大场强的仿真有两个途径： 一是通过滤波器的模型综合，结构尺寸综合获得整个滤波器的精确尺寸，把滤波器的整个结构模型放入电磁仿真软件（HFSS ，CST 等）去仿真，分析得到内部最大场强，HFSS 缺省的输入功率是1瓦，这种分析方法称作整体模型分析法。该方法直接准确，对于小模型的滤波器比较适用，比如单个谐振腔的滤波器，对于复杂的多腔滤波器来说，一方面准确的结构尺寸模型很难获得，另一方面HFSS 仿真处理能力有限，复杂模型仿真精度低，花费时间长而得不到精确的结果，所以该方法通常不使用。 二是电路模型等效法，先通过滤波器的电路模型，分析输入功率1瓦时各个谐振腔的功率（储能和谐振频率乘积），再使用电磁仿真软件分析单个谐振腔的谐振频率、储能和最大场强，对比最大场强和击穿场强，得到单个谐振腔的最大功率。由于使用了等效的滤波器电路模型，以及只仿真了单个腔的结构模型，所以仿真结果上存在一定的偏差，通过后面的分析和试验验证，这种方法是快捷且行之有效的。 单个谐振腔的最大场强获取有本征模仿真法和单谐振腔滤波器仿真法，下面分别详细介绍。 3.2.1 单腔本征模仿真 这里以HFSS 为例，介绍单腔本征模仿真法分析单个谐振腔的功率容量。仿真模型如下图所示，方腔40（W ）×40（W ）×28（H ）。谐振杆尺寸Φ14×24，谐振盘尺寸Φ30×2，谐振杆内孔尺寸Φ12×15，调谐螺钉Φ6×10，顶部帽和上盖板间距是2，调谐螺钉和谐振盘边缘倒角1，所有尺寸单位是mm 。谐振腔对称性，这里只仿真一半结构，对称面设为对称H 面边界条件。
射频功率放大器是各种无线发射机的主要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。 射频功率放大器电路设计需要对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题进行综合考虑。 射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，是研究射频功率放大器的关键。而对功率晶体管的要求，主要是考虑击穿电压、最大集电极电流和最大管耗等参数。 为了实现有效的能量传输，天线和放大器之间需要采用阻抗匹配网络。 3.1.1输出功率 在发射系统中，射频末级功率放大器输出功率的范围可小到毫瓦级（便携式移动通信设备）、大至数千瓦级（发射广播电台）。 为了要实现大功率输出，末级功率放大器的前级放大器单路必须要有足够高的激励功率电平。显然大功率发射系统中，往往由二到三级甚至由四级以上功率放大器组成射频功率放大器，而各级的工作状态也往往不同。 根据对工作频率、输出功率、用途等的不同要求，可以用晶体管、FET 、射频功率集成电路或电子管作为射频功率放大器。 在射频功率方面，目前无论是在输出功率或在最高工作频率方面，电子管仍然占优势。现在已有单管输出功率达2000kW 的巨型电子管，千瓦级以上的发射机大多数还是采用电子管。 当然，晶体管、FET 也在射频大功率方面不断取得新的突破。例如，目前单管的功率输出已超过100W ，若采用功率合成技术，输出功率可以达到3000W 。 3.1.2效率 效率是射频功率放大器极为重要的指标，特别是对于移动通信设备。定义功率放大器的效率，通常采用集电极效率?c 和功率增加效率PAE 两种方法。 1. 集电极效率?c 集电极效率?c 定义为输出功率P out 与电源供给功率P dc 之比，即 dc out p P =c η （3.1.1） 2.功率增加效率（PAE ，power added efficiency ） 功率增加效率定义为输出功率P out 与输入功率P in 的差于电源供给功率P dc 之比，即 c p dc in out PAE A P P P PAE ηη)11(-=-== （3.1.2） 功率增加效率PAE 的定义中包含了功率增益的因素，当有比较大的功率增益。 如何提高输出功率和保证高的效率，是射频功率放大器设计目标的核心。 3.1.3线性 ? 衡量射频功率放大器线性度的指标有三阶互调截点（IP3）、1dB 压缩点、谐波、邻道功率比等。邻道功率比衡量由放大器的非线性引起的频谱再生对邻道的干扰程度。 ? 由于非线性放大器的效率高于现行放大器的效率，射频功率放大器通常采用非线性放大器。但是分线性放大器在放大输入信号的放大的同时会产生一系列的有害影响。 ? 从频谱的角度看，由于非线性的作用，输出信号中会产生新的频率分量，如三阶互调分 量、五阶互调分量等，它干扰了有用信号并使被放大的信号频谱发生变化，即频带展宽了。
腔体带通滤波器功率容量预测方法 摘要——本文介绍了一种新的带通腔体滤波器功率容量的预测方法。对于一个给定的滤波器结构，在输入功率固定的条件下，每一个腔体的储能与输入功率有固定的比例关系；滤波器腔体储能又与腔体中电场的最大场强之间有特定的比例关系。因此，滤波器的输入功率与滤波器腔体最大场强之间可以建立直接联系。 关键词 带通 腔体滤波器 功率容量 储能 输入功率 1 引 言 关于滤波器的功率容量问题由来已久。随着未来3G 与4G 系统的诞生，滤波器性能也将不段提高。对于功率的要求显得越发重要。正确预测滤波器的功率容量，能够避免在滤波器投入使用时因功率过大造成击穿。带来不必要的损失。在文献[1]中，给出了一种计算谐振腔储能与场强之间的关系，进而计算滤波器的功率容限。但是其只能针对特定腔体进行计算。文献[2]中，讨论了群时延与功率容量的关系，但其计算复杂。本文根据前人的经验，结合滤波器等效电路与单谐振腔模型，对滤波器功率容量问题做了准确的预测，能够更方便的指导工程应用。 2 谐振器储能与最大场强的关系 谐振腔的固有品质因数定义为谐振腔处于谐振状态时，腔内的总储能与一个周期内腔体的损耗之比： s s P W W W Q 002ωπ == (1) 其中的W 表示谐振器的总的储能，s W 表示谐振腔在一个周期中的能量损耗，s P 表示一个周期内谐振腔的平均功率损耗。对于储能W 来说，是电场储能与磁场储能的总和： W=W e +W m (2) 由于谐振腔内电磁场以纯驻波的形式存在，电场和磁场之间有2/π的相位差，这就是说，当腔内电场在某一时刻达到最大值时，磁场将为零，而电场最大，经过四分之一个周期后，电场达到最大值，磁场为零。因此，储能的表达式又可以写成： dv E W W v e ?==2 max ,2 1ε （3） dv H W W v m ?==2max ,2 1 μ （4） 通过（4）式，又可以得到储能与平均功耗之间的关系： 0Q W P s ω= （5） 在具体的腔体结构中，电场的分布是与腔体的结构存在关系的。将电场的分布表示为如
1功率容量仿真 1.1 不同级数滤波器功率容量的仿真 以下各图为4 ~8级切比雪夫滤波器的响应曲线和各谐振腔所承受的功率。其中心频率均为1950MHz ，带宽均为100MHz ，回波损耗均为20dB ，输入功率均为40dBm 。 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 1.80 2.10 -40-30-20-10 -500 freq, GHz d B (S (1,1)) d B (S (2,1)) 1.91E9 1.93E9 1.95E9 1.97E9 1.99E91.89E9 2.01E9 34363840 32 42 fr d B m (v 1[::,1]) d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1]) 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 1.80 2.10 -50-40-30-20-10 -60 freq, GHz d B (S (1,1)) d B (S (2,1)) 1.91E9 1.93E9 1.95E9 1.97E9 1.99E9 1.89E9 2.01E9 35 40 3045 fr d B m (v 1[::,1]) d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])d B m (v 5[::,1]) 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 1.80 2.10 -60 -40 -20 -800 freq, GHz d B (S (1,1)) d B (S (2,1)) 1.91E9 1.93E9 1.95E9 1.97E9 1.99E9 1.89E9 2.01E9 35 40 3045 fr d B m (v 1[::,1]) d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])d B m (v 5[::,1])d B m (v 6[::,1]) 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 1.80 2.10 -80-60-40-20 -100 0freq, GHz d B (S (1,1)) d B (S (2,1)) 1.91E9 1.93E9 1.95E9 1.97E9 1.99E9 1.89E9 2.01E9 35 40 3045 fr d B m (v 1[::,1]) d B m (v 2[::,1])d B m (v 3[::,1])d B m (v 4[::,1])d B m (v 5[::,1])d B m (v 6[::,1])d B m (v 7[::,1])
基本概念 射频功率放大器(RF PA)是发射系统中的主要部分，其重要性不言而喻。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大（缓冲级、中间放大级、末级功率放大级）获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。在调制器产生射频信号后，射频已调信号就由RF PA将它放大到足够功率，经匹配网络，再由天线发射出去。 放大器的功能，即将输入的内容加以放大并输出。输入和输出的内容，我们称之为“信号”，往往表示为电压或功率。对于放大器这样一个“系统”来说，它的“贡献”就是将其所“吸收”的东西提升一定的水平，并向外界“输出”。如果放大器能够有好的性能，那么它就可以贡献更多，这才体现出它自身的“价值”。如果放大器存在着一定的问题，那么在开始工作或者工作了一段时间之后，不但不能再提供任何“贡献”，反而有可能出现一些不期然的“震荡”，这种“震荡”对于外界还是放大器自身，都是灾难性的。 射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，如何提高输出功率和效率,是射频功率放大器设计目标的核心。通常在射频功率放大器中，可以用LC谐振回路选出基频或某次谐波，实现不失真放大。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 分类 根据工作状态的不同，功率放大器分类如下： 传统线性功率放大器的工作频率很高，但相对频带较窄，射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射频功率放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲（A）、乙（B）、丙（C）三类工作状态。甲类放大器电流的导通角为360°，适用于小信号低功率放大，乙类放大器电流的导通角等于180°，丙类放大器电流的导通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。 开关型功率放大器（Switching Mode PA,SMPA)，使电子器件工作于开关状态，常见的有丁（D）类放大器和戊（E）类放大器，丁类放大器的效率高于丙类放大器。SMPA将有源晶体管驱动为开关模式，晶体管的工作状态要么是开，要么是关，其电压和电流的时域波形不存在交叠现象，所以是直流功耗为零，理想的效率能达到100%。 传统线性功率放大器具有较高的增益和线性度但效率低，而开关型功率放大器具有很高的效率和高输出功率，但线性度差。具体见下表： 电路组成 放大器有不同类型，简化之，放大器的电路可以由以下几个部分组成：晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路。
70A交流输入滤波器设计原则、网络结构、 参数选择和工艺特点 1设计原则——满足最大阻抗失配 因为滤波器设计的原则是最大程度地满足阻抗失配原则。对于EMI信号，电感是高阻的，电容是低阻的，所以，电源EMI滤波器与源或负载的端接应遵循下列原则：如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的。如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的。具体到我所电源的实际电路来说源内阻一般为交流电网，对于交流电网来说，火线与中线之间是低阻抗的。所以与之端接的滤波器接口就应该是感性的。而负载为高阻抗的。所以与之端接的滤波器接口就应该是容性的。我所自制的滤波器均是遵循这个原则设计的。 2网络结构 EMI信号包括共模干扰信号CM和差模干扰信号DM，CM和DM的频率分布大概以1MHz为分界线。1MHz以下的干扰频率以差模干扰为主，1MHz以上的干扰频率以共模干扰为主。以往我所电源的传导测试主要的超标点一个是20KHz附近（可控硅电路的干扰），另一个是130KHz附近（PFC电路的开关频率）。主要是以差模干扰为主。所以3KW模块化电源（战术互连网）控制箱70A市电输入滤波器的设计重点在滤除差模干扰。网络结构采用3级滤波电路（两级差模带一级共模），这样可以减少源阻抗及负载阻抗对滤波电路的影响。具体原理图如下：
差模电感磁芯材料的选取原则——从以下几个方面考虑：第一，性价比高；第二，磁芯材料的频率范围要宽，要保证最高频率在1GHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率；第三，磁导率高，电感量大。但是在实际使用中很难满足这些要求，因为磁导率越高磁芯材料越容易饱和。即当滤波电感工作在大电流条件下时，由于直流磁化的影响，电感趋向于饱和，电感量会随着工作电流增加而迅速减小。所以要求磁芯材料在工作电流变化时引起电感值的变化越小越好。就是说要求磁芯的直流磁化影响较小，即具有某种恒磁导特性。所以，磁导率往往是分段考虑的。即在条件允许的情况下一个滤波器中既有磁导率高的磁芯材料又有磁导率低的磁芯材料。磁导率高的磁芯材料满足电感值的要求，磁导率低的磁芯材料满足大电流工作的要求。磁导率高的磁芯材料一般选用铁硅铝材料。这是因为铁硅铝材料的磁导率在10KHz-10MHz的频率范围内能够保持恒定。磁导率低的磁芯材料一般选用开气隙的铁基非晶材料。这是由于开了气隙的磁芯材料不宜磁饱和。 电感量的估算——考虑阻抗和频率及经验。共模电感一般取值1.5－5 mH，差模电感一般取值为 50－100uH。 因本滤波器是市电输入滤波器，设计时主要考虑用它滤除可控硅电路产生的20KHz附近的干扰，所以共模电感取值 2mH。差模电感取值为 70uH。为保证滤波器能在满载工作情况下顺利通过传导测试，则差模电感在满载工作情况下应不小于50uH，即要求恒磁导特性为
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