射频功放设计指南

实例介绍设计与制作功放(二)出处：何庆华发布日期：-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,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。

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。

电子工程中的射频功率放大器设计随着现代通信技术的快速发展，射频功率放大器作为核心器件之一，在无线通信、广播电视、雷达等领域扮演着至关重要的角色。

射频功率放大器的设计与制造对于提高通信质量、扩大通信范围、提高数据传输速率等方面有着至关重要的作用，因此，射频功率放大器设计已经成为了电子工程领域中的重要研究课题。

1.射频功率放大器的分类根据工作频率的不同，射频功率放大器可以分为低频、中频和高频三种类型。

其中，低频功率放大器工作频率在几千Hz至几十MHz范围内，主要用于音频、视频信号放大；中频功率放大器工作频率在200kHz至20MHz范围内，主要用于调幅、调频广播电视信号的放大；而高频功率放大器则工作在几百MHz至数GHz 的频段内，通常用于无线通信、雷达等领域。

2.射频功率放大器的工作原理射频功率放大器的核心部件是晶体管或管子，其工作原理主要分为两种：一种是双结二极管射频放大器工作原理，另一种是场效应管(FET)射频功放的工作原理。

双结二极管射频放大器工作原理：当正向电压施加在PN结时，电子从N区域向P区域移动，空穴从P区域向N区域移动，形成一个空间电荷区。

在一定交变电压下，空穴和电子受到吸引而脱离其原有的位置，在PN结的内部形成电子空穴对。

当外界施加的电压为正向电压时，二极管处于导通状态。

而当外界施加的电压为反向电压时，二极管处于截止状态。

场效应管(FET)射频功放工作原理：FET是一种由三个电极组成的器件：源极、栅极和漏极。

当两极之间施加一定的电压时，栅极处形成的电场会控制源极与漏极之间的电流，从而起到放大的作用。

3.射频功率放大器的设计要点射频功率放大器的设计比较复杂，需要考虑多个因素，包括负载匹配、反射损失、噪声系数、稳定性等。

负载匹配：负载匹配是射频功率放大器设计中最重要的一个因素。

在输出电路中使用抽头恩格尔特(EE)网络和共源共栅(SCR)网络可以实现在阻抗转换工作状态下的负载匹配。

反射损失：反射损失指的是由于负载与负载端反射的无用功率造成的损失。

射频功率放大器的研究与设计一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，射频功率放大器作为无线通信系统中的关键组件，其性能对整体系统的性能具有重要影响。

本文旨在深入研究射频功率放大器的设计原理、优化方法以及实现技术，旨在提升功率放大器的效率、线性度和可靠性，以满足现代无线通信系统对高性能功率放大器的迫切需求。

本文首先介绍了射频功率放大器的基本原理和分类，分析了不同类型功率放大器的优缺点及适用场景。

随后，详细阐述了功率放大器的设计流程和关键参数，包括增益、效率、线性度等，并探讨了影响这些参数的主要因素。

在此基础上，本文重点研究了功率放大器的线性化技术和效率提升方法，包括预失真、反馈控制、功率合成等，旨在通过优化电路设计、材料选择和工艺实现等手段，提高功率放大器的整体性能。

本文还关注功率放大器的可靠性问题，分析了功率放大器在工作过程中可能出现的失效模式和原因，并提出了相应的改进措施。

通过对功率放大器可靠性设计的探讨，本文旨在为工程师提供实用的设计指导，以提高功率放大器的稳定性和可靠性。

本文总结了射频功率放大器的研究现状和发展趋势，展望了未来功率放大器可能的技术创新和应用领域。

通过本文的研究与设计，希望能够为射频功率放大器的发展和应用提供有益的参考和借鉴。

二、射频功率放大器的基本原理射频功率放大器是无线通信系统中的关键组件，其主要功能是将低功率的射频信号放大到足够高的功率水平，以便在无线信道中进行有效的传输。

射频功率放大器的基本原理可以从线性放大器和非线性放大器两个方面来阐述。

线性放大器在放大信号时，保持输入信号与输出信号之间的线性关系。

这意味着放大器的增益在输入信号的整个动态范围内是恒定的。

线性放大器通常用于需要低失真度和高线性度的应用，如调制和解调过程。

线性放大器的设计需要考虑增益平坦度、噪声系数和线性度等关键指标。

非线性放大器则允许输出信号与输入信号之间存在一定的非线性关系。

这种非线性特性可能会导致信号失真，但在某些应用中，如通信系统中的功率放大，非线性放大器能够提供更高的效率。

射频功率放大器设计与优化射频功率放大器（Radio Frequency Power Amplifier，简称RFPA）是无线通信系统中的重要组成部分，其主要功能是将输入的低功率信号放大至较高的功率水平，以满足系统的传输要求。

设计和优化一个高效、线性且稳定的RFPA对于提高通信系统的性能至关重要。

本文将介绍RFPA的基本原理、设计要点和优化方法，并重点讨论功率增益、效率和线性度等关键性能参数的优化技术。

一、RFPA的基本原理RFPA的基本原理是利用功率管（例如晶体管）的非线性特性，将输入的低功率信号经过放大电路放大至较高的功率水平。

主要包括输入匹配、功率放大和输出匹配三个部分。

1. 输入匹配：输入匹配电路的作用是将信号源的输出阻抗与功率管的输入阻抗匹配，以实现最大功率传输。

常用的输入匹配网络包括L 型匹配网络和PI型匹配网络。

2. 功率放大：功率放大器的核心是功率管，其输入端接收到匹配网络输出的信号，并通过引入直流偏置电压，使功率管工作在合适的工作点上，以实现较高的线性度和功率增益。

3. 输出匹配：输出匹配电路的作用是将功率管的输出阻抗与负载的输入阻抗匹配，以实现最大功率传输。

常用的输出匹配网络包括π型匹配网络和T型匹配网络。

二、RFPA的设计要点为了实现高效、线性和稳定的RFPA设计，需要考虑以下几个关键要点。

1. 功率增益：功率增益是衡量RFPA放大效果的重要指标。

在设计过程中，需要权衡信号增益和功率增益之间的关系，并选择合适的放大器结构和电路参数。

通常情况下，可以选择分级放大的结构，通过级联不同功率管实现较高的功率增益。

2. 效率：RFPA的效率指的是输入电能和输出射频功率之间的转换效率。

高效率的设计可以提高系统的能源利用率，并减少功耗。

为了提高效率，可以采用最大功率追踪技术、动态功率调整技术和功率补偿技术等方法。

3. 线性度：RFPA的线性度决定了其输出信号的失真程度。

在设计中，需要考虑非线性失真的抑制和动态范围的优化。

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。

微波频段射频功率放大器设计方法研究随着无线通信的不断发展，微波技术越来越受到人们的关注。

微波是指波长在1mm至1m之间的电磁波，这种波长的电磁波具有特别的传输性能，可以在大气层内进行远距离传输，因此在军事、民用通信、雷达、卫星通讯等领域都有广泛应用。

微波功率放大器是微波通信系统中必不可少的元件，射频功率放大器也是其中的关键部件。

在微波设备中，定制的射频功率放大器可以提高通讯距离和传输速率，使信号更加稳定可靠。

本文将介绍射频功率放大器的设计方法，包括设计原理、设计流程和关键技术。

一、设计原理射频功率放大器是将低电平的射频信号转换成高电平信号，提高信号的功率输出。

射频功率放大器的主要设计指标包括增益、稳定性、线性度以及工作频率等。

为了满足这些指标，需要采取合适的设计方法。

常用的射频功率放大器设计方法有两种，即A类和B类放大器。

A类放大器适用于低功率和半功率，B类放大器适用于高功率。

A类放大器的主要特点是线性度好，但效率低；B类放大器效率高，但线性度稍差。

二、设计流程射频功率放大器的设计流程分为以下几个步骤：1. 确定工作频率：根据应用场景和信号特点选择工作频率，一般为微波频段。

2. 确定放大器的增益：根据信号要求和噪声系数选择放大器的增益，一般增益在10-30dB之间。

3. 选择放大器的器件：根据工作频率和增益选择合适的放大器器件，一般选择GaAs、GaAsP、SiGe等半导体材料。

4. 设计放大器电路：根据选择的器件设计放大器的电路，包括电容、电感、阻抗匹配等。

5. 调试测试：对设计好的放大器进行性能测试和优化调试，确保其满足信号要求。

三、关键技术射频功率放大器设计需要掌握以下关键技术：1. 射频电路设计：射频电路具有高频、高质量、微弱信号等特点，需要精确设计，包括阻抗匹配、电容、电感、损耗等。

2. 器件选型：根据工作频率和信号要求选择合适的器件，如GaAs、GaAsP、SiGe等半导体材料，以及射频开关、微波隔离器等器件。

射频功放电源电路结构设计与性能射频功放电源电路是无线通信系统中的重要组成部分，对整个系统的性能和稳定性起着至关重要的作用。

其设计和性能直接影响着功放的工作效率、输出功率、线性度、抗干扰能力等关键指标。

本文将就射频功放电源电路的结构设计和性能进行探讨，对于工程师们进行参考和指导。

一、射频功放电源电路结构设计1. 电源系统设计射频功放电源电路的设计要考虑到整个系统的功耗、工作电压、电流需求等因素。

给射频功放提供稳定、可靠的电源是其工作的基础。

首先要进行电流平衡和稳压设计，选择适当的电源模式，如线性稳压电源、开关稳压电源或混合模式，在保证功放正常工作的同时尽量提供高效率的电源系统。

2. 电源滤波设计为了保证射频功放电路的稳定性和可靠性，需要对电源进行滤波设计，减小电源中的噪声和干扰。

可以采用LC滤波器、磁性元件、射频隔离等方式进行滤波和隔离，同时要对滤波效果进行系统分析和优化。

3. 电源分配与管理射频功放电源电路的设计需要考虑到电源的稳定性和电流分配的均衡，尽量减小功放模块之间的相互干扰。

可以设计独立的电源管路或者利用分压技术进行电流分配，以保证每个模块都能够得到稳定的电源供应，并且减小共模干扰。

4. 温度管理设计功放电路的温度对其性能和寿命都有很大的影响，尤其是在射频功放工作过程中会产生较大的热量。

因此，在射频功放电源电路的设计中需要考虑到散热以及温度管理的问题。

可以采用散热片、风扇、热管等散热技术，有效地控制功放电路的温度，提高其稳定性和可靠性。

二、射频功放电源电路性能优化1. 功放效率优化功放的效率是射频系统中的重要指标之一，直接决定了系统的能耗和续航时间。

为了提高功放的效率，可以从电源电路、功放管件和匹配网络等方面进行优化。

例如，选择低损耗的电源电路元件、高效率的功放管件，以及合适的匹配网络，减少功放过程中的能量损耗，提高功放的效率。

2. 抗干扰能力优化射频功放电源电路在工作过程中容易受到外界干扰的影响，导致系统性能下降。

射频功放的设计与性能优化一、引言射频功放（radio frequency power amplifier，简称RFPA），是在射频电子系统中起到放大信号功率的重要元器件，广泛应用于通信、雷达、无线电、卫星通信、航空电子等领域中。

为了实现更高的功率、更好的线性度、更低的失真度并兼顾高效率和稳定性，RFPA 的设计和性能优化成为了射频电子设备开发的重要一环。

二、RFPA 的主要设计环节1.参数选择设计 RFPA 的第一步是选择合适的器件，包括晶体管、场效应管、集成电路等。

不同器件的性能特点会影响RFPA 的输出功率、线性度、效率等参数，需要根据具体应用场合选择最适合的器件。

2.功率放大级数RFPA 的功率级数可以影响输出功率和线性度。

功率级数越多，输出功率越高，但同时会带来更大的失真度和更低的效率。

因此需要在考虑输出功率需求的同时，尽可能减少功率级数以获得更好的线性度和效率。

3.输入和输出匹配输入和输出匹配是对 RFPA 性能影响最大的一项设计因素。

输入匹配的好坏直接影响了输出功率和效率，输出匹配的好坏直接影响了似然度和对谐波的抑制能力。

4.直流偏置RFPA 的直流偏置设计是保证器件性能和稳定性的重要因素。

合适的直流偏置能够降低器件的噪声和失真，提高 RFPA 的线性度和稳定性。

需要在考虑功耗和器件带宽的基础上，选取合适的偏置点。

三、RFPA 性能优化1.线性度RFPA 的线性度是判定其性能优劣的重要标准之一。

线性度主要指的是输出功率和输入信号之间的线性关系，通常使用的参数是电平之间的最大差异（IP3）和相邻通道互调失真（ACLR）。

优化 RFPA 的线性度需要从提高输入输出匹配、优化功率级数、合理的直流偏置这些方面入手。

2.效率RFPA 的效率是指在输出一定功率时，能够从电源供应器中所取出的功率比例。

因此，在功率需求比较高的应用中提高 RFPA 的效率是很重要的。

效率的提高需要从器件的选择、电流源的优化、总功率的降低等多个方面入手。

宽带射频功率放大器设计射频（Radio Frequency，简称RF）功率放大器在现代通信系统中起着重要的作用。

它的主要功能是将低功率的射频信号放大到足够的功率级别，以便于传输和处理。

宽带射频功率放大器是一种可以在大范围的频率范围内提供高功率放大的设备。

本文将介绍宽带射频功率放大器的设计。

在设计宽带射频功率放大器之前，需要明确一些基本参数和要求。

首先，需要确定放大器的工作频率范围。

宽带放大器通常涵盖几个频率段，因此需要确保在所需的频率范围内具有足够的增益和线性性能。

其次，需要确定放大器的输出功率要求。

输出功率是放大器设计中的一个重要指标，它决定了放大器能够提供的最大信号功率。

最后，需要考虑放大器的线性性能和稳定性。

线性性能是指放大器输出信号与输入信号之间的线性关系，而稳定性是指放大器在工作过程中能够维持恒定的增益和相位特性。

在设计过程中，可以使用不同的拓扑结构和技术来实现宽带射频功率放大器。

其中一种常见的结构是宽带巴氏极双管功率放大器。

该结构使用共射和共基级联的方式来实现高增益和宽带特性。

另一种常用的结构是宽带巴氏极共基功率放大器，它具有简单的结构和高输入阻抗，适用于高频应用。

在选取合适的放大器结构后，还需要选取合适的放大器器件。

常用的射频功率放大器器件包括三极管、场效应晶体管和集成电路。

三极管具有高增益和线性特性，适用于较低频率的应用。

场效应晶体管具有较高的工作频率和功率特性，适用于较高频率的应用。

集成电路则具有更高的集成度和稳定性。

根据特定的应用需求，可以选择合适的器件。

除了放大器器件外，还需要选择合适的匹配网络来实现放大器的输入和输出匹配。

匹配网络能够提高放大器的功率传输效率和线性特性。

常用的匹配网络包括隔离电容、电感和变压器等。

通过合理选择匹配网络的参数，可以实现最佳的匹配效果。

最后，在完成放大器设计后，需要进行仿真和测试验证。

使用电磁仿真软件可以对放大器的工作性能进行模拟和优化。

实际测试可以验证设计的准确性和性能指标的达标情况。

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。