实验六 射频放大器的设计与仿真1

射频功率放大器实验（虚拟实验）一、实验目的（1）进一步理解射频功率放大器的工作原理；（2）了解射频功率放大器的工程设计方法与常用参数的测量方法；（3）熟悉Multisim软件中常用虚拟测试仪器的使用方法。

二、实验原理1、射频功率放大器的基本概念射频功率放大器是无线通信系统的重要组成部分，位于无线通信系统的发射前端。

其作用是将已调制的射频信号放大到所需要的功率值并馈送到天线发射出去，保证在一定区域内的接收机可以收到可以处理的信号，并且不干扰相邻信道的通信。

射频功率放大器的主要功能是放大射频信号，其工作可频率最高可到GHz 频段。

其输出功率则取决于应用要求，一般从几毫瓦到上千瓦。

由于功率放大的实质是在输入射频信号控制下将电源直流功率转换成射频功率，因此，除要求功率放大器产生符合要求的射频功率外，还特别要求具有尽可能高的转换效率。

射频功率放大器的工作特点是低电压、大电流。

其基本组成单元包括晶体管、偏置电路、扼流圈、阻抗匹配网络与负载。

射频功率放大器的主要参数除了常规的工作频率、小信号增益等指标外，还要特别考虑输出功率、效率等参数。

效率是功率放大器一个非常重要的性能指标。

射频功率放大器中的效率定义为射频输出功率与射频功率放大器总功耗之比，即：η=P o/P D （1-1）功率放大器按照电路中晶体管输出电流与输入电压或电流的关系可分为线性功率放大器和开关功率放大器两大类。

线性功率放大器是指晶体管的输出电流是输入电流或电压的线性函数，而开关功率放大器的晶体管则工作在开关状态。

按照电路中晶体管的直流偏置状态，功率放大器又可分为A类、B类、C类、D 类等，其中，A类、B类、C类为线性功率放大器，D类则为开关功率放大器。

在设计射频功率放大器时，对功率管的要求较高，需要考虑最大击穿电压V(BR)CEO，最大集电极电流I CM，最大管功耗P CM以及最高工作频率f max等。

2、线性射频功率放大器2.1 A类功率放大器A类功率放大器相当于小信号放大器，也是“真正”的线性放大器，因为，在整个输入信号周期内，输出信号是输入信号的按比例增大而没有发生变化，可完全适于放大幅度调制信号。

实验六射频放⼤器的设计实验六射频放⼤器的设计、仿真和测试⼀、实验⽬的1、了解描述射频放⼤器的主要性能参数及类型2、掌握放⼤器偏置电路设计⽅法3、了解最⼩噪声、最⼤增益放⼤器的基本设计⽅法4、掌握放⼤器输⼊、输出⽹络的基本结构类型5、掌握⽤ADS 进⾏放⼤器仿真的⽅法与步骤⼆、实验原理常⽤的微波晶体管放⼤器有低噪声放⼤器、宽带放⼤器和功率放⼤器。

⽬的是提⾼信号的功率和幅度。

低噪声放⼤器的主要作⽤是放⼤天线从空中接收到的微弱信号，减⼩噪声⼲扰，以供系统解调出所需的信息数据。

功率放⼤器⼀般在系统的输出级，为天线提供辐射信号。

微波低噪声放⼤器的主要技术指标有:噪声系数与噪声温度、功率增益、增益平坦度、⼯作频带、动态范围、输⼊输出端⼝驻波和反射损耗、稳定性、1dB 压缩点。

1、⼆端⼝⽹络的功率与功率增益及主要指标信号源的资⽤功率实际功率增益转换功率增益资⽤功率增益*max in sin a in P P P Γ=Γ==*out LL L max an =P P P ==ΓΓ22212222(1)1(1)L Lin L in S P G P S -Γ==-Γ-Γ222210222211/11s LT L a s Ls in LG P P S G G G S -Γ-Γ===-ΓΓ-Γ()22212211(1)/11s avsan a soutS GP P S -Γ==-Γ-Γ2.放⼤器的稳定性⽆条件稳定：不管源阻抗和负载阻抗如何，放⼤器输⼊输出端反射系数的模都⼩于1，⽹络⽆条件稳定（绝对稳定）条件稳定：在某些范围源阻抗和负载阻抗内，放⼤器输⼊输出反射系数的模⼩于1，⽹络条件稳定（潜在不稳定）由于放⼤器件内部S12产⽣的负反馈导致放⼤器⼯作不稳定！稳定性设计是设计放⼤器时⾸要考虑的问题。

匹配⽹络与频率有关；稳定性与频率相关；可能情况是设计的频率稳定⽽其他频率不稳定。

⽆条件稳定的充分必要条件：稳定性系数K输⼊、输出稳定性圆(条件稳定)：|Гin|=1 或 |Гout|=1在Smith 圆图上的轨迹输出稳定性圆判别该输出稳定性区域？稳定圆不包含匹配点，|S11|<1时： |Гin|<1，稳定，匹配点在稳定区 |S11|>1时： |Гin|>1，不稳定，匹配点在不稳定区输⼊稳定性圆（条件稳定）3.最⼤增益放⼤器设计（共轭匹配）源和负载与晶体管之间达到共轭匹配时，可实现最⼤增益。

射频仿真与实验FTTP部邓红兵射频电路的仿真与实验结果有多大的差距？做过射频电路的人对这个问题是比较有兴趣的。

在光纤三向模块这个项目中我有幸对由0189构成的后放大器进行了仿真,在以后的时间里我又对该放大器进行了实验，将其中的一些体会记录下来。

下图是后放大器的电路图，场效应管是0189，该电路是一个典型的负反馈放大器，负反馈的作用是牺牲增益换取通频带。

原后放电路下面这图是该电路的仿真结果，我们看到增益是12db左右，标称增益是17db 左右，差5db是负反馈的结果。

输出反射在高端只有-12db左右，这在模块输出部分是不可以接受的。

鉴于输出反射不理想，对影响输出反射的几个元件进行了电路仿真，发现取消这几个器件比较好，下图是优化后的电路。

优化后电路下面是仿真的结果，我们看到在整个通频带内输出反射在-18db 左右，比起优化前有了很好的改善。

在优化过程中发现原电路的RLC 并联网络对频率高端的提升贡献比较小，反而使反射损耗在该点变坏。

在仿真过程中发现场效应管SHF0189其标称增益为17db,仿真和实验结果都为12db左右，为什么会少4~5db？为了扩展通频带加入了比较强的负反馈。

在去掉负反馈电阻后仿真其增益果然有17db,然而其输入反射非常差。

由此得出结论它是牺牲了增益换取通频带，我们看下面的仿真结果去掉负反馈电阻后来陈士龙应用到电路上测试实际结果与仿真差距很大。

当时我认为是仿真环境与实际电路环境的不同造成的，既我是对后放单独仿真，信号输入为75欧，而实际电路是整个系统，仅输出部分运用了仿真结果，而后放的输入并不一定是75欧，这是仿真与实际结果差距较大的原因。

在后来我要了一块电路板，将后放与前级部分断开，用75欧同轴电缆直接连接到网络分析仪的信号输出端，输出部分应用仿真的元件值，测试的反射结果与仿真很接近，调试了电路几种状态与仿真也很接近，说明仿真确实对实验具有指导作用，差距是由于实验环境与仿真模型造成的。

本文主要对射频功率放大器电路设计进行介绍，主要介绍了射频功率放大器电路设计思路部分，以及部分设计线路图一、阻抗匹配设计大多数PA都内部集成了到50欧姆的阻抗匹配设计网络，不过也有一些高功率PA 将输出端匹配放在集成芯片外部，以减小芯片面积。

常用的匹配设计有微带线匹配设计、分立器件匹配设计网络等，在典型设计中有可能会将两者共同使用，以改善因为分立器件数值不连续带来的匹配设计不佳的问题。

PA阻抗匹配设计原理和射频中的阻抗匹配相同，都是共轭匹配设计，主要实现功率的最大传输。

常用工具可以使用Smith圆图来观察阻抗匹配设计变化，同时用ADS软件来完成仿真。

二、谐波抑制由本人微博《射频功率放大器 PA 的基本原理和信号分析》得知，谐波一般是由器件的非线性产生的倍频分量。

谐波抑制对于CE、FCC认证显得尤为重要。

由于谐波的频率较分散，所以一般采用无源滤波器来衰减谐波分量，达到抑制谐波的效果。

不仅PA，其它器件包括调制信号输出端都有可能产生谐波，为了避免PA对谐波进行放大，有必要在PA输入端即添加抑制电路。

上图所示无源滤波器常用于2.4G频段的芯片输出端位置，该滤波器为五阶低通滤波器，截止频率约为3GHz，对2倍频和3倍频的抑制分别达到45.8dB和72.8dB。

使用无源滤波器实现谐波抑制有以下优点：l 简单直接，成本有优势l 良好的性能并且易于仿真l 可以同时实现阻抗匹配设计三、系统设计优化系统设计优化主要从电源设计，匹配网络设计出发，实现PA性能的稳定改善。

3.1 电源设计功率放大器是功耗较大的器件，在快速开关的时候瞬间电流非常大，所以需要在主电源供电路径上加至少10uF的陶瓷电容，同时走线尽量宽，让电容放置走线上，充分利用电容储能效果。

PA供电电源一般有开关噪声和来自其它模块的耦合噪声，可以在PA靠近供电管脚处放置一些高频陶瓷电容。

有必要也可以加扼流电感或磁珠来抑制电源噪声。

从SE2576L的结构框图可以看出，该PA一共由三级放大组成，每一级都单独供电，前面两级作为小信号电压增大以及开关偏置电路，其工作电流较小，最后一级功率放大，其电流很大。

模拟电子技术基础知识射频放大器的设计与优化技巧要点射频放大器是在无线通信系统中广泛应用的重要组件之一。

它的设计与优化对整个系统的性能起着关键作用。

本文将重点介绍射频放大器的设计原理、设计流程以及一些优化技巧要点。

一、射频放大器的设计原理射频放大器主要功能是将输入的射频信号增大至一定的幅度，以达到信号传输的要求。

其设计原理基于放大器的线性工作区域和频率响应。

在射频放大器的设计过程中，首先要选择合适的放大器结构，如共基极放大器、共射极放大器等。

其次，要根据设计要求确定放大器的工作频率和增益，以及输入和输出的阻抗匹配。

最后，在设计中应考虑功率、线性度和噪声等因素，以满足整个系统的性能要求。

二、射频放大器的设计流程射频放大器的设计流程一般包括以下几个步骤：1. 确定设计要求：根据系统的要求确定放大器的工作频率范围、增益要求、输入输出阻抗等参数。

2. 选择放大器结构：根据设计要求选择适合的放大器结构，如共基极、共射极或共集极结构。

3. 阻抗匹配设计：根据输入输出阻抗要求，设计阻抗匹配网络以实现最大功率传输。

4. 线性度和功率设计：考虑放大器的线性工作区域，选取合适的偏置点，并采用合适的功率级数。

5. 电源抗干扰设计：在射频系统中，电源传输的干扰会对放大器性能产生影响，因此，合理设计电源滤波电路以减小电源对放大器的影响。

6. 进一步优化：根据实际测试结果和系统要求，对放大器进行进一步的优化和调整，提高整体性能。

三、射频放大器的优化技巧要点在射频放大器的设计过程中，以下几个优化技巧要点需要特别注意：1. 选择合适的器件：选择具有低噪声、高线性度和高增益的射频器件，以保证放大器的性能。

2. 使用适当的偏置：合理选择放大器的偏置电流和电压，以在确保线性度的前提下最大化增益。

3. 优化阻抗匹配：通过优化阻抗匹配网络，确保最大功率传输和最小反射损耗。

4. 降低噪声：尽可能降低射频放大器的噪声系数，以提高整个系统的信噪比。

射频电路的设计与仿真摘要：随着无线通信技术的不断发展，传统的设计方法已经不能满足射频电路和系统设计的需要，使用射频EDA软件工具进行射频电路设计已经成为必然趋势。

目前，射频领域主要的EDA工具首推的是Agilent 公司的ADS ADS是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件。

由于其功能强大，仿真手段和方法多样化，基本上能满足现代射频电路设计的需要，已经得到国内射频同行的认可，成为现今射频电路和系统设计研发过程中最常用的辅助设计工具。

关键词：射频电路设计原理，设计方法与过程，仿真方法，展望未来引言：随着通信技术的发展，通信设备所用频率日益提高，射频（RF）和微波（MW电路在通信系统中广泛应用，高频电路设计领域得到了工业界的特别关注，新型半导体器件更使得高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。

微波射频识别系统（RFID）的载波频率在915MHz和2450MH濒率范围内；全球定位系统（GPS载波频率在1227.60MHz 和1575.42MHz的频率范围内；个人通信系统中的射频电路工作在 1.9GHz,并且可以集成于体积日益变小的个人通信终端上；在C波段卫星广播通信系统中包括4GHz的上行通信链路和6GHz的下行通信链路。

通常这些电路的工作频率都在1GHz以上，并且随着通信技术的发展，这种趋势会继续下去。

但是，处理这种频率很高的电路，不仅需要特别的设备和装置，而且需要直流和低频电路中没有用到的理论知识和实际经验，这对射频电路设计提出更高的要求。

正文：1.射频电路设计原理频率范围从300KH— 30GHz之间，射频电流是一种每秒变化大于10000次的称为高频电流的简称。

具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。

高频电路基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成的，高频电路中无源线性元件主要是电阻（器）、电容（器）和电感（器）。

在高频条件下，杂散电容和杂散电感对电路的影响很大。

杂散电感存在于导线连接以及组件本身存在的内部自感。

《射频集成电路设计》课程设计报告LNA的设计和仿真专业：集成电路班级：电子0604学号：200681131姓名：高丕龙LNA的设计和仿真一．实验目的：1.了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。

2.学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。

3.掌握低噪声放大器的制作及调试方法。

二．原理简介1.低噪声放大器低噪声微波放大器（LNA）已广泛应用于微波通信、GPS接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。

LNA是射频接收机前端的主要部分，它主要有以下四个特点：首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声系数越小越好。

为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。

放大器在工作频段内应该是稳定的。

其次，它所接受的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。

而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接受信号的同时又可能伴随许多强干扰信号输入，因此要求放大器有足够的线型范围，而且增益最好是可调节的。

再次，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或者天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们很好的匹配，以达到功率最大传输或者最小的噪声系数，并保证滤波器的性能。

最后，它应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰，因此它一般是频带放大器。

LNA低噪声放大器的主要指标如下：1）工作频率与带宽2）噪声系数3）增益4).放大器的稳定性5）输入阻抗匹配6）端口驻波比和反射损耗在设计较高的频段低噪声放大器，通常选用场效应管FET和高电子迁移率晶体管（HEMT）。

影响放大器噪声系数的因素除了与所选用的选用元器件有关外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。

放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，放大器存在着最佳的信号源阻抗Zso，此时，放大器的噪声系数应该是最小的，所以放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计，也就是根据所选晶体管的Гopt来进行设计。

射频宽带放大器设计
.1设计方案的论证和选择1.1方案的比较方案一：以STC89C52单片机为主控器件，放大分为三级：
前级放大、增益控制、后级放大。

前级和中间级采用高速运放OPA8XXXX年第1版.[6] 全国大学生电子设计竞赛组委会.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京：
北京理工大学出版社.XXXX年第1版.[7] 童诗白.华成英.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，XXXX年第3版.[8] 张友汉.电子线路设计应用手册[M].福建：
福建科学技术出版社.XXXX年第1版.[9] 田良. 综合电子设计与实践[M].南京：
东南大学出版社，XXXX年第1版.[10] 谢自美、阎树兰、赵云娣等.电子线路设计·实验·测试[M].湖北：
华中理工大学出版社，XXXX年第2版.附录1：
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