一种射频功率合成器的设计

射频集成电路设计射频集成电路设计是现代电子领域中的一个重要领域，它涉及到射频信号的处理、传输和控制。

射频集成电路设计的主要目的是将射频电路集成到一个芯片上，以实现更高的性能、更小的体积和更低的功耗。

射频集成电路设计的过程包括射频电路设计、射频模拟集成电路设计、射频数字集成电路设计等多个方面。

在射频集成电路设计中，需要考虑到许多因素，如频率范围、功率要求、噪声指标、线性度等。

为了实现射频集成电路设计的各种要求，设计工程师需要具备良好的电路设计能力、熟练的仿真工具应用技能以及丰富的射频知识储备。

射频集成电路设计的关键技术包括高频放大器设计、混频器设计、频率合成器设计等。

高频放大器是射频集成电路中最关键的模块之一，它主要用于放大射频信号，同时要求具有较高的增益、带宽和线性度。

混频器主要用于将不同频率的信号进行频率转换，频率合成器则用于生成稳定的射频信号。

这些模块的设计需要综合考虑电路的稳定性、噪声性能、功耗等指标。

随着射频集成电路设计技术的不断发展，新的设计方法和工具不断涌现，如基于CMOS工艺的射频集成电路设计、混合信号集成电路设计等。

这些新技术为射频集成电路设计带来了更大的灵活性和创新空间，同时也提高了设计的复杂度和难度。

射频集成电路设计在无线通信、雷达、卫星导航、医疗设备等领域都有着广泛的应用。

随着5G技术的快速发展，射频集成电路设计也将迎来新的挑战和机遇。

设计工程师需要不断学习和掌握最新的技术，不断提高自己的设计水平和创新能力，以应对日益复杂和多样化的射频集成电路设计需求。

总的来说，射频集成电路设计是一项充满挑战和机遇的工作。

通过不断学习和实践，设计工程师可以不断提升自己的设计水平，为射频集成电路设计领域的发展做出更大的贡献。

希望未来能有更多优秀的设计工程师加入到射频集成电路设计这一领域，共同推动技术的进步和创新。

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。

射频功率合成的原理作者：王保梁来源：《电子技术与软件工程》2018年第06期摘要在广播电视事业的发展进程中，大功率全固态发射机以其体积小，结构设计紧凑、运行稳定和高效可靠的特点，已成为发射机市场的主流。

【关键词】发射功率分配网络功率合成在发射机中，要获得较大的发射功率，单个电子器件所能输出的功率无法满足需要，所以在功放单元必须采用功率合成技术。

功率合成技术就是利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大，然后设法将各个功放的输出信号相加，这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率。

1 功率合成的特性利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。

理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能，还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大器互相隔离，即当其中某一个功率放大器损坏时，相邻的其它功率放大器的工作状态不受影响，仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。

即一个良好的功率合成网络也应具有两个特性：（1）功率叠加且合成时功率损耗最小;（2）隔离特性，即两个合成源放大器互不影响工作状态。

图1为采用7个功率增益为2，最大输出功率为10 W的高频功放，利用功率合成技术，可以获得40W的功率输出。

其中采用了3个一分为二的功率分配器和3个二合一的功率合成器。

功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为若干份，然后分别提供给后级若干个功放电路。

很显然，讨论功率合成技术，首先应该讨论功率分配和功率合成网络。

2 功率合成与分配网络利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器，且具有频带宽、结构简单、插入损耗小等优点，然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。

图2所示的网络即具有上述特性，既可以作功率分配，又可作功率合成。

2.1 网络结构特点图2网络由4：1传输线变压器和相应的AO、BO、CO、DD四条臂组成，其中DD臂是平衡臂，臂的两端均不接地。

传输线变压器的特性阻抗Ze和每条臂上的阻值满足以下关系：Zc=Ra= Rb= ReRc=l/2 R Rd=R2.2 网络功能2.2.1 功率分配（1）同相分配。

专利名称：多路带状线射频大功率合成器专利类型：实用新型专利
发明人：李之平,方银平,轩北松,王永森,夏雪申请号：CN200820120244.3
申请日：20080630
公开号：CN201222529Y
公开日：
20090415
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供了一种多路带状线射频大功率合成器。

它包括内筒和外筒，在内筒和外筒之间布置有多根带状线，带状线在距其上端三分之一长度处与相应输入接头连接，带状线在距其下端三分之一长度处与微带电阻相连，微带电阻被固定在散热器上；所有的带状线的下端连接在一起并接地；带状线的上端也连接在一起并与输出内导体连接；输出内导体带有阻抗变换器和输出接头。

本实用新型将同相环形回路合成分布在一个带腔的筒中，用带状线的形式实现，机构简单，容易保证带状线的长度，便于批量生产且成本低，频带宽，技术指标好，真正做到多路的合成。

申请人：杭州众传数字设备有限公司
地址：311203 浙江省杭州市江干区艮山西路67号7楼
国籍：CN
代理机构：浙江杭州金通专利事务所有限公司
代理人：刘晓春
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射频电源功率合成
功率合成器的设计需要考虑以下几个关键要素：
1.功率放大器：功率放大器负责将输入的低功率信号放大到
所需的输出功率水平。

常见的功率放大器包括晶体管放大器、
管子放大器等，选择适合的功率放大器需要考虑输出功率要求、频率范围、线性度以及功率效率等因素。

2.功率分配器：功率分配器的作用是将输入的射频信号平均
分配给多个功率放大器，保证每个功率放大器工作在相同的输
入功率水平。

常见的功率分配器有功分器（PowerSplitter）
和功率耦合器（PowerCoupler）。

功分器将输入功率均匀分
配到多个输出端口，而功率耦合器则将功率传输到一个主要输
出端口并耦合到其他输出端口。

3.反射损耗：功率合成器在设计中需要考虑信号的反射损耗。

反射损耗会导致功率在功率合成器内部被反射回功放器，降低
合成输出功率，并可能损坏功率放大器。

为了减少反射损耗，
常见的做法是采用匹配网络或反射损耗补偿技术来提高整个系
统的匹配性能。

4.相位平衡：在功率合成器中，不仅需要考虑功率的合成，
还需要注意信号的相位平衡。

相位平衡是指合成过程中各个信
号之间的相位关系保持一致，避免信号之间的干扰和相位差引
起的功率损失。

为了实现相位平衡，可以采用相位校正器或相
位补偿器来调整各个分支的信号相位。

引言本课题来源于深圳一家公司的科技协作项目，任务是研制短波、超短波通信设备的检测仪器。

检测的内容较多，技术要求较高。

分配给我的具体任务是研制一台数字频率合成信号源，输出频率范围：1～100MHz，频率分辨率：＜1Hz，输出电平范围：-30dBm~7dBm，并能实现AM、FM、FSK、PSK及BPSK等调制功能。

仪器在单片微机控制下工作，且要求做成便携式，则体积、重量和功耗都要尽量地小。

经数月的努力，通过多次方案修正和硬、软件设计与调试，现已完成上述设计要求，且还增加了：扫频、跳频输出功能和外部AM、FM调制功能，圆满地完成了这次毕业设计的任务。

1 主要参数指标及功能说明(1)射频输出频率范围：1Hz~100MHz(2)射频输出电压：-30dBm~7dBm(3)频率分辨率：1Hz(4)输出阻抗：50Ω(5)射频AM内调制：调制频率1KHz，调制度30%(6)射频FM内调制：调制频率1KHz，频偏5KHz(7)PSK、FSK调制功能(8)扫频功能(9）跳频功能（10）外部AM、FM调制2 方案论证2.1 DDS 合成芯片选择为了满足全部设计要求，选用一片最合理的DDS芯片极为重要。

AD9852、AD9954的比较：两者都满足功能要求，但AD9954具有体积少、功耗仅有200MW显著优点，优选AD9954。

2.2 单片机与DDS芯片接口电路设计2.2.1采用单片机AT89C55直接和DDS芯片AD9954接口，这样接口电路虽然简单、调试方便，但由于单片机AT89C55与AD9954是串行数据传输，由单片机AT89C55内部程序实现数据并串转换无法满足进行AM、FM调制数据传输速率。

2.2.2在单片机AT89C55和DDS芯片AD9954之间采用CPLD芯片EPF7064做接口转接，单片机以并行数据传输，并行数据到串行数据的转换由EPF7064内部设计的硬件电路完成。

2.3 单片机其他外围电路为建立良好的人机交互能力，系统显示采用LCD液晶显示模块，与LED数码管显示来得更形象、更直接，可为用户大量的系统运行信息；要使系统具有可操作性，系统采用自制4*4矩阵键盘，实现频率值输入、工作模式切换。

射频大功率合成和滤波器方向射频大功率合成和滤波器在无线通信系统中起着至关重要的作用。

射频大功率合成主要是指将低功率信号合成为高功率射频信号的技术，而滤波器则是用于去除信号中的杂散频率和噪声，以保证信号质量和系统性能的关键器件。

射频大功率合成技术是在无线通信领域中广泛应用的一种技术。

它通过将多个低功率信号合成为一个高功率射频信号，能够实现信号的放大和频率的变换。

在无线通信系统中，射频大功率合成技术被广泛应用于信号发射和接收过程中。

例如，在无线电通信中，射频大功率合成器可以将多个低功率信号合成为一个高功率射频信号，从而实现信号的放大和传输。

在雷达系统中，射频大功率合成器可以将多个低功率脉冲信号合成为一个高功率脉冲信号，从而实现雷达信号的发射和探测。

射频大功率合成技术的关键是合成器的设计。

合成器通常由多个功率放大器和相位控制器组成。

功率放大器负责将低功率信号放大至所需的高功率水平，而相位控制器则负责控制各个低功率信号的相位，以实现信号的合成。

在设计合成器时，需要考虑功率放大器的线性度、功率效率和带宽等指标，以及相位控制器的相位调节范围和分辨率等指标。

此外，还需要考虑合成器的稳定性和抗干扰能力等因素，以确保合成器在实际应用中能够稳定可靠地工作。

滤波器是射频系统中常用的一种设备，用于去除信号中的杂散频率和噪声。

滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等不同类型。

低通滤波器可以通过滤除高频部分来实现信号的频率限制；高通滤波器则可以通过滤除低频部分来实现信号的频率限制。

带通滤波器可以通过滤除不需要的频率分量来实现信号的频率选择；带阻滤波器则可以通过滤除特定频率范围内的信号来实现信号的频率屏蔽。

滤波器的设计和性能评估主要涉及到滤波器的频率响应、幅频特性、群延迟、插入损耗、阻带衰减等指标。

在设计滤波器时，需要根据系统的需求和信号的特点选择合适的滤波器类型，并进行参数优化和仿真验证。

此外，还需要考虑滤波器的实现方式和制造工艺，以确保滤波器能够满足系统的性能要求和工作环境的限制。

研究Technology StudyI G I T C W 技术1 卫星通信发射机在Ku 频段卫星通信系统中，发射机实现对射频信号的功率放大，结合天线增益，使得卫星通信系统的EIRP 值达到一定的要求，满足卫星通信链路的使用要求，实现上行链路的信号畅通。

早期发射机设计时，末级功率芯片一般采用GaAs 芯片，在Ku 频段，GaAs 芯片输出功率可以达到数瓦量级。

一台上百瓦的发射机，需要几十只、上百只管子合成，从而导致合成路数多，合成效率低，整机可靠性差。

受芯片工艺水平限制，功率更高的GaAs 芯片未见报道，这限制了大功率固态发射机的发展。

随着GaN 芯片技术的进步，越来越多的发射机产品，逐渐使用GaN 芯片作为末级功放管使用。

目前，国内的GaN 功率芯片水平，在Ku 频段单芯片连续波输出功率可以做到35 W 。

考虑到输出功率采样、隔离器等无源器件的损耗，一台Ku 频段40 W 发射机，需要2只35 W 的GaN 功率芯片，进行功率合成，其输出功率方能满足使用要求。

针对Ku 频段卫星通信中40 W 发射机的使用要求，本文设计了一种小巧的双路功率合成器，该功率合成器为进一步减少体积，采用了减高波导设计。

2 波导微带转换设计波导传输线是一种三维立体结构，它的优点是传输损耗低、功率容量大；缺点是体积大、重量大，不便于有源电路集成。

微带传输线是一种平面二维结构，它的优点是体积小、重量经，便于有源电路集成；缺点是传输损耗高、功率容量受限、散热差。

设计一种过渡产品，能够将电磁波从波导三维立体结构过渡到微带平面二维结构，或者反之，具有现实意义。

通过这种过渡，我们设计电路时，可以充分利用两种结构的优点，避开它们的缺点。

波导微带转换电路便可以实现这一功能，下面介绍一种波导微带转换电路的设计。

图1 波导微带转换原理图波导微带转换的原理图如图1所示，它由三部分组成：一个波导功分器，两个波导微带转换。

波导功分器实现波导功率分配，波导微带转换实现波导三维立体结构和平面微带二维结构之间的转换。

一种高效率逆F类Doherty射频功率放大器逆F类Doherty射频功率放大器是一种高效率的射频功率放大器设计，它被广泛应用于无线通信系统中。

本文将介绍逆F类Doherty射频功率放大器的原理、设计和性能优势。

逆F类Doherty射频功率放大器是一种改进的Doherty功率放大器结构。

Doherty功率放大器是一种有效提高功率放大器效率的技术，它通过将负责较低功率的主放大器与一个辅助放大器并联工作，来实现功率放大的效果。

传统的Doherty功率放大器存在着一定的功率浪费，因为主放大器仍然会工作在线性范围内而不达到最佳效率。

逆F类Doherty射频功率放大器通过引入反向负载网络，使得主放大器在工作中更接近饱和区域，从而提高了功率放大器的整体效率。

具体来说，逆F类Doherty功率放大器的工作原理如下：当输入的射频信号较弱时，辅助放大器负责功率放大，而主放大器基本处于关闭状态；当输入的射频信号较强时，主放大器开始开启并参与功率放大。

通过调整反向负载网络的参数，可以使得主放大器在高功率情况下更接近饱和工作，从而提高整体功率放大器的效率。

逆F类Doherty射频功率放大器的设计中需要考虑的关键参数包括功率分配器（也称为功率合成器）和反向负载网络。

功率分配器用于将输入的射频信号分配给主放大器和辅助放大器，并将它们的输出重新合成为最终的输出信号。

反向负载网络则起到控制主放大器与辅助放大器之间功率分配的作用。

逆F类Doherty射频功率放大器相比传统的Doherty功率放大器具有许多性能优势。

它能够在较宽的输出功率范围内保持高效率。

逆F类Doherty功率放大器在线性范围内具有较低的失真和较高的输出功率。

逆F类Doherty功率放大器还具有较好的抗非线性失真能力和较高的线性范围。

逆F类Doherty功率放大器结构相对简单，容易实现且成本较低。

逆F类Doherty射频功率放大器是一种高效率的射频功率放大器设计。

专利名称：一种Doherty射频集成功率放大器专利类型：发明专利
发明人：彭艳军,宣凯,郭嘉帅
申请号：CN202111316620.2
申请日：20211105
公开号：CN114094959A
公开日：
20220225
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种Doherty射频集成功率放大器，包括驱动放大器、载波输入匹配网络、载波功放、峰值输入匹配网络、峰值功放及功率合成和移相网络；驱动放大器的输出端分两路分别连接载波输入匹配网络的输入端和峰值输入匹配网络的输入端；载波输入匹配网络的输出端连接至载波功放的输入端；载波功放的输出端连接至功率合成和移相网络的第一输入端；峰值输入匹配网络的输出端连接至峰值功放的输入端；峰值功放的输出端连接至功率合成和移相网络的第二输入端；功率合成和移相网络包括巴伦阻抗变压器、电容Cb1、电容Cb2、电容Cb3、电容Cb4及电容Cb5。

本发明Doherty射频集成功率放大器的版图面积小且功率附加效率高。

申请人：深圳飞骧科技股份有限公司
地址：518057 广东省深圳市南山区南头街道大汪山社区南光路286号水木一方大厦1栋1601国籍：CN
代理机构：深圳君信诚知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：刘伟
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专利名称：射频功率合成器
专利类型：发明专利
发明人：金弘基,金英,郑淳哲,金哲东申请号：CN96122075.9
申请日：19961025
公开号：CN1159083A
公开日：
19970910
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：射频功率合成器有：多个传输线，它的有多个输入端子和通过共用联接结点共同连接到输入端子的输出端子；联接在输出端子和共用联接点之间的第一个传输线特性阻抗；联接在共用联接点和输入端子之间的第二和第三传输线特性阻抗，并且与每个传输线特性阻抗相对应的波长为λ/4(这里，λ为中心频率信号的波长)；还有位于输入端子和第三传输线特性阻抗之间的多个RF开关，用以接通/关闭施加到输入端子的RF信号。

申请人：三星电子株式会社
地址：韩国京畿道
国籍：KR
代理机构：中国专利代理(香港)有限公司
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射频功率合成技术
严志刚
【期刊名称】《内蒙古广播与电视技术》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】在高频功放中,当需要的输出功率超过单个器件所能输出的功率时,可以将几个器件的输出功率叠加起来,以获得足够大的输出功率,即为功率合成技术。

【总页数】3页(P26-27,51)
【作者】严志刚
【作者单位】包头广播发射中心台
【正文语种】中文
【相关文献】
1.射频功率合成技术 [J], 赵传海;
2.射频功率合成技术分析 [J], 崔恩胜;谢守山;康庆栋;
3.射频功率合成技术分析 [J], 孙玉平;李新民
4.基于功率合成器的北斗射频功率放大器设计 [J], 高贵虎;苏凯雄
5.利用磁路原理分析DX中波发射机射频功率合成器的设计细节 [J], 魏宏林
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