第6章射频放大器的设计201003

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。

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。

射频放⼤器1.放⼤器性能指标在射频放⼤器的设计中，需要分析的技术指标很多，其中最重要的就是稳定性、增益和噪声。

1.1稳定性由于反射波的存在，射频放⼤器在某些⼯作频率或终端条件下有产⽣振荡的倾向，不再发挥放⼤器的作⽤，因此必须分析射频放⼤器的稳定性。

稳定性是指射频放⼤器抑制环境的变化（如信号频率、温度、源、负载等变化时），维持正常⼯作特性的能⼒。

1.1.1稳定条件放⼤器的⼆端⼝⽹络如果反射系数的模⼤于 1，传输线上反射波的振幅将⽐⼊射波的振幅⼤，这将导致放⼤器不稳定。

因此，放⼤器稳定意味着反射系数的模⼩于1，即|ΓS|<1,|Γin|<1,|Γout|<1,|ΓL|<1对于信源|ΓS|<1和负载|ΓL|<1，有如下2种性质的稳定。

（1）条件稳定：只对部分⽽⾮所有的|ΓS|<1和|ΓL|<1有|Γin|<1,|Γout|<1（2）绝对稳定：对于所有的|ΓS|<1和|ΓL|<1均有|Γin|<1,|Γout|<1绝对稳定是放⼤器稳定的⼀个特例，是指在频率等特定的条件下，放⼤器在ΓL和ΓS的整个史密斯圆图内都处于稳定状态。

也就是说，ΓL和ΓS选择任何的值，放⼤器都绝对稳定。

绝对稳定判别的解析法绝对稳定要求|Δ|=|S11S22−S12S21|<1同时稳定因⼦k⼤于1k=1−|S11|2−|S22|2+|Δ|22|S12||S21|>11.1.2放⼤器稳定措施当放⼤器不是绝对稳定，有时信源和负载选择的ΓS和ΓL会造成Γin>1或Γout>1，使放⼤器处于⾮稳定状态。

此时应当采取措施，使放⼤器进⼊稳定状态。

稳定放⼤器的措施就是在其不稳定的端⼝增加⼀个串联或并联的电阻，以保证总输⼊阻抗为正。

图为输⼊端⼝的稳定电路，增加了串联电阻R′in或并联电导G′in。

同样，在输出端⼝增加⼀个串联或并联的电阻，如图所⽰，若保证总输出阻抗为正，也可以保证输出端⼝稳定。

射频宽带放大器设计报告摘要：本系统以AD公司生产的高速可控增益运放AD8330为核心,结合固定增益放大、可变增益放大、末级差分电路等主要部分，能实现放大倍数0～50dB 增益可调。

前级放大采用一片AD8330实现可变增益放大，固定增益放大采用OPA847芯片实现10倍的固定增益放大,再经末级1片电流反馈型运放THS3001扩流,构建末级差分驱动负载。

关键词：宽带放大器高速运放 OPA847 AD8330一、方案论证与选择1、方案选择与比较1.1 固定增益放大器比较方案一：采用OPA820运放芯片作为固定增益放大，该芯片是一种高速运算放大器，在6 Hz~ 20 MHz 的通频带中可实现放大增益为43 dB, 具有带内波动小, 输出噪声低的特点。

但是缺点是通频带不够宽。

方案二：采用OPA695电压反馈型高速运算放大器,在1400MHz频率下能实现两倍放大，符合本题要求,但在高频下,该运放易产生自激。

方案三：采用OPA847, 电压反馈型高速运算放大器，最大频带宽度达3.9GHz，完全满足本题频带要求，输入电压噪声低，带内波动小，自激现象少。

综上所述，本设计采用方案三。

1.1.2 可变增益放大器比较方案一：采用可编程程控放大器AD603。

该运放增益在-11～+30dB范围内可调，通过改变管脚间的连接电阻值可调节增益范围，易于控制。

但该运放增益可调带宽为90MHz，不满足题目要求。

方案二：采用高增益精度的压控VGA芯片AD8330。

该芯片可控增益带宽可达150MHz，增益可调范围0~70dB,符合本题指标要求.因此，该电路采用方案二。

1.1.3 电压增益可调方案比较方案一：基于单片机做步进微调。

由单片机MSP430G2553及12位DA转换芯片TLV5616对AD8330进行程控，实现增益在可取范围内可调。

但是，此设计只能步进调节，不能连续可调，此方案不可取。

方案二：基于精密电位器做连续可调。

用一个精密电位器对+5V分压后输入AD8330 5脚VDBS,从而对电压增益实现连续可调。

RF驱动放大器是什么射频驱动放大器的设计本文主要是关于射频驱动放大器的相关介绍，并着重对射频驱动放大器的设计进行了详细的分析叙述。

RF驱动放大器是射频驱动级放大器是放在末级功放前面，对输入信号进行放大，使其达到末级功放要求的输入功率的功率放大器。

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一缓冲级、中间放大级（驱动级放大器）、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。

射频放大器射频功率放大器（RF PA）是各种无线发射机的重要组成部分。

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一缓冲级、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。

分类及用途射频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。

技术参数放大器的主要技术指标：（1）频率范围：放大器的工作频率范围是选择器件和电路拓扑设计的前提。

［1］（2）增益：是放大器的基本指标。

按照增益可以确定放大器的级数和器件类型。

G（db）=10log（Pout/Pin）=S21（dB）（3）增益平坦度和回波损耗VSWR《2.0orS11，S22《-10dB ［1］（4）噪声系数：放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量的变坏程度。