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第6期2021年3月No.6March，20210 引言功率放大器作为现代电子微波系统的最末端，在迅猛发展的移动通信事业中越发凸显了其必不可少、不可替代的重要性。
功率放大器发展至今，广泛应用在各类通信领域，诸如手机、雷达、电台、干扰机等无线通信系统。
当前随着软件无线电技术的广泛运用，系统对功率放大器的带宽和输出功率提出了越来越高的要求，使得超宽带、大功率、高效率、高线性度的功率放大器应用前景极为广阔[1]。
本文以实际项目中用于电台的功率放大器设计为实例，集中讨论了宽带功放极间匹配设计过程。
主要设计指标要求为：（1）工作频段（Freq ）为30~512 MHz ；（2）输出功率（Pout ）≥80 W ；（3）效率（η）≥35%；（4）双音频率间隔200 kHz 时，三阶互调失真 (IMD3)≤-28 dBc 。
针对这些指标要求，采用两级功放管级联，设计了输入、级间和输出匹配网络，制作了宽带功放，具备高输出功率、高线性度、高效率以及小型化等特点。
1 电路设计一般情况下，针对多级功率放大器的设计方法是使每一级功率管输入、输出都匹配到50Ω，中间再加上一个π型网络，衰减部分射频信号以防止自激，最后级联组成多级放大器。
这样输入、输出分别需要同轴巴伦来完成宽带匹配。
这样的优势是每一级自成一体，方便调试，维修等也方便；同样的，其劣势也很明显，这样极大地限制了电路布局空间的小型化，同时级联时容易自激（一般选择添加π型电阻网络，衰减射频信号来解决自激），这样降低了放大器的输出功率和效率。
本两级宽带功率放大器设计在传统的宽带匹配电路基础上，保留驱动级功率管的输入匹配电路和末级功率管输出匹配电路，在驱动级功率管的输出处和末级功率管的输入处设计两级功放极间匹配所需要的阻抗变换。
通过使用同轴巴伦所用同轴电缆的阻抗和铁氧体磁芯，结合集总元件使这种极间匹配努力在全频带内实现最佳匹配。
横向扩散金属氧化物半导体场效应管（LDMOS ）作为一种性价比很高的器件，自20世纪80年代应用以来一直在通信系统的固态功放中起着主导作用。
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。
射频功率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。
目录一、什么是射频功率放大器二、射频功率放大器技术指标三、射频功率放大器功能介绍四、射频功率放大器的工作原理五、射频放大器的芯片六、射频功率放大器的技术参数七、射频放大器的功率参数八、射频功率放大器组成结构九、射频功率放大器的种类正文一、什么是射频功率放大器射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。
射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。
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。
射频功率放大器是对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题作综合考虑的电子电路。
在发射系统中，射频功率放大器输出功率的范围可以小至mW，大至数kW，但是这是指末级功率放大器的输出功率。
为了实现大功率输出，末前级就必须要有足够高的激励功率电平。
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。
二、射频功率放大器技术指标1、工作频率范围一般来讲，是指放大器的线性工作频率范围。
如果频率从DC开始，则认为放大器是直流放大器。
2、增益工作增益是衡量放大器放大能力的主要指标。
增益的定义是放大器输出端口传送到负载的功率与信号源实际传送到放大器输入端口的功率之比。
增益平坦度，是指在一定温度下，整个工作频带范围内放大器增益的变化范围，也是放大器的一个主要指标。
3、输出功率和1dB压缩点(P1dB)当输入功率超过一定量值后，晶体管的增益开始下降，最终结果是输出功率达到饱和。
功率放大器性能受匹配电路谐波特性的影响1. 引言1.1 研究背景功率放大器是无线通信系统中重要的组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和覆盖范围。
在功率放大器设计中，匹配电路和谐波特性是两个关键的因素，它们对功率放大器的性能产生重要影响。
在功率放大器工作中，匹配电路的作用是将信号源的输出阻抗和负载之间的阻抗进行匹配，使得信号能够最大限度地传输到负载上，从而提高功率放大器的效率。
匹配电路的设计需要考虑信号源的输出阻抗、传输线的特性阻抗和负载的阻抗等因素，以达到最佳匹配效果。
功率放大器在工作过程中会产生谐波，这些谐波会影响到功率放大器的性能，包括输出功率、线性度和效率等方面。
不同谐波的频率和幅度会受到匹配电路的影响，合理设计匹配电路可以有效地减小谐波的产生，提高功率放大器的性能。
深入研究匹配电路和谐波特性对功率放大器性能的影响，探索谐波优化方法，对提高功率放大器的性能具有重要意义。
本文将重点讨论匹配电路对功率放大器谐波特性的影响，结合实验验证，为今后功率放大器设计提供有益的参考。
1.2 研究意义功率放大器是电子设备中的重要部件，在无线通信、射频信号处理、雷达系统等领域都有广泛的应用。
功率放大器的性能直接影响着整个系统的工作效果和稳定性。
对功率放大器性能进行研究和优化，对于提高系统整体性能具有重要意义。
匹配电路是功率放大器中至关重要的组成部分，它的作用是使功率放大器的输入与输出阻抗与信号源和负载阻抗匹配，以提高功率传输效率并减少信号的反射损失。
匹配电路设计的好坏直接影响着功率放大器的性能。
谐波是功率放大器输出信号频谱中不可避免的组成部分，其频率是原始信号频率的整数倍。
谐波对功率放大器性能的影响主要体现在影响输出功率、增加失真、引起频谱扩展等方面。
谐波特性对功率放大器的输出效果和整体性能带来重要影响。
2. 正文2.1 功率放大器的工作原理功率放大器是一种常见的电子元件，用于放大输入信号的功率。
其工作原理是通过将直流电源的能量转换为交流信号的能量输出。
Class-AB宽带功率放大器匹配方法的设计与仿真王毅敏;李佳旺【摘要】With the rise of the third communication revolution in the software-defined radio, the broadband RF power amplifier becomes the key part of the software radio transmission system, and has the advantages of wide bandwidth, large dynamic range, small size, long service life and so on. According to the characteristics of software radio and the development trend of current power amplifier, a broadband linear power amplifier with output power of over 25 W and 30-500 MHz working band is designed and developed. By using the coaxial line for broadband matching, and via analyzing the structure model and working characteristics of the push-pull high frequency broadband power amplifier, ADS simulation is done and the design verified. With the appropriate reactance value, the real part of the input-output impedance for the power pipe is made to meet the requirement of the same axis matching. Finally, the coaxial line length, characteristic impedance and the best value of the related components are acquired. After adjustment and optimization, the design reaches the expected indicators. This transformation model has a good prospect of analysis and application in the actual market.%随着软件定义无线电第三次通信革命的兴起,宽带射频功率放大器成为软件无线电发射系统的关键一环,具有频带宽、动态范围大、体积小、寿命长等优点.针对软件无线电的特点及当今功率放大器的发展趋势,设计研制了一款输出功率在25W以上、工作在30～500MHz的宽带线性功率放大器.采用同轴线进行宽带匹配,通过分析推挽式高频宽带功率放大器的结构模型和工作特点,利用ADS仿真验证设计.以合适的电抗值使功率管的输入输出阻抗的实部达到同轴线匹配的要求,最终得到同轴线长度、特性阻抗和相关元器件的最佳取值.经过调整和优化,使设计达到所需指标.这种转换模型在实际市场中有很好的分析应用前景.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)003【总页数】7页(P727-733)【关键词】宽带功率放大器;同轴线匹配;推挽式;ADS【作者】王毅敏;李佳旺【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TN722.750 引言随着灵活和开放的软件定义无线电第三次通信革命的兴起，越来越多的人开始投入到SDR架构的研究中。
实验报告题目：宽带功率放大器（MOS管）专业班级：学号：学生姓名：小组成员：指导教师：起止时间：目录引言..................................................................... 第1章宽带功率放大器设计方案论证...................................1.1 宽带功率放大器的研究目的和意义 ...................................1.2 宽带功率放大器设计的要求及参数 ...................................1.3 使用MOS管作为输出级的好处及其特性 ...............................1.4 设计方案论证 ..................................................... 第2章宽带功率放大器各单元电路设计 ................................2.1 首先确定电源电压 .................................................2.2 关于源极跟随器级的电源 .........................................2.3 OP放大器的电源电路是3端稳压电源。
.............................2.4 整流电路的输出电压和电流 .......................................2.5 整流电路中的二极管和电容器 .....................................2.6 选择源极跟随器用的FET ..........................................2.7 需要有散热片和限流电阻 .........................................2.8 源极跟随器偏置电路的构成 .......................................2.9 选择温度补偿用晶体管2.10 确定偏置电压V B2.11 OP放大器构成的电压放大级2.12 输入电路外围使用的器件2.13 对于扬声器负载的措施第3章宽带功率放大器整体电路设计...................................3.1 整体电路图及原理分析 .............................................3.2 仿真电路参数及实际测试参数 .......................................3.3元器件清单列表................................................... 第4章系统调试中的问题及解决方法................................ 第5章设计总结........................................................参考文献................................................................引言宽带功率放大器的应用开始从军用向民用扩展，目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，宽带功率放大器也同样占有重要地位。
射频功率放大器的工作原理
功率放大器又称为放大器，是一种电子元件，可将信号的功率放大，一般指交流电的功率放大。
由于其输出功率大，输出功率的大小取决于器件的阻抗和负载。
通过选择合适的参数可在输出端得到较高的输出功率。
射频功率放大器是一种具有多功能的电子设备，其主要作用是放大信号，具有增益高、线性度好、效率高等优点，在现代通信中得到了广泛应用。
在发射机系统中，射频功率放大器是用来提高发射机输出信号的功率和放大所需电压；在接收机系统中，射频功率放大器是用来提高接收机输出信号的功率和放大所需电压。
射频功率放大器一般是由带通滤波器、匹配网络、功放电路、控制器和电源五部分组成。
通常采用全波仿真软件进行仿真分析。
电路中有一个或多个放大器构成。
通常情况下，一个放大器通常由两个晶体管构成，每个晶体管有四个极（四个发射极），一个
与直流偏置电压相连的电源和一个与负载相连的输出级（图1）。
另外两个晶体管则与输入级和输出级相连。
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射频功率放大器的工作原理解析射频功率放大器是一种将低功率射频信号放大到较高功率的电子器件。
它在无线通信、雷达、卫星通信等领域中起到至关重要的作用。
本文将从射频功率放大器的基本原理、工作模式、实现方式等方面对其进行深入解析，并提供我的观点和理解。
一、射频功率放大器的基本原理射频功率放大器的基本原理是利用非线性元件的特性，将低功率射频信号输入到放大器中，并通过放大器的放大过程，使得输出信号的功率得到显著增加。
放大器的输入和输出之间的增益被称为功率放大倍数，通常用分贝表示。
射频功率放大器的基本原理可以概括为三个步骤：输入信号的匹配、非线性放大和输出匹配。
二、射频功率放大器的工作模式射频功率放大器的工作模式通常包括A类、AB类、B类、C类等几种。
其中，A类是一种常用的工作模式，它具有较高的线性度和低失真程度，但功率效率较低；AB类是A类的改进版本，能够在线性度和功率效率方面取得较好的平衡；B类是功率效率最高的工作模式，但失真较大；C类是功率效率最高的失真也最大的工作模式。
根据不同的应用需求和性能要求，可以选用不同的工作模式。
三、射频功率放大器的实现方式射频功率放大器的实现方式主要有晶体管放大器和管子放大器两种。
晶体管放大器是目前最常用的实现方式，它可以通过调整偏置电流和控制输入信号的幅度来实现放大。
晶体管放大器具有体积小、重量轻、功率效率高等优点，广泛应用在许多领域。
而管子放大器则更适用于一些功率较大的场景，其主要原理是利用电子管和变压器的结合来实现功率放大。
四、我的观点和理解在了解射频功率放大器的工作原理后，我认为射频功率放大器在无线通信和雷达等领域中的作用不可忽视。
它不仅能够提高信号的传输距离和覆盖范围，还能够保证信号的稳定性和可靠性。
射频功率放大器的选择要根据具体的应用需求和性能要求来确定，不同的工作模式和实现方式都有各自的优点和适用场景。
总结：通过本文的解析，我们可以了解到射频功率放大器的基本原理、工作模式和实现方式。
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。
射频功放输入阻抗匹配
在射频放大器中，输入输出都需要良好的匹配才能稳定工作。
输入端口的阻抗匹配可以减小反射损耗，降低对外部环境变化的敏感度。
实现射频功放输入阻抗匹配的方法有以下几种：
- 使用外电路的电感、电容、电阻来匹配，包括分布电容、引线电感等参数。
- 在输入输出端口使用阻抗稳定网络，如衰减器、匹配网络等。
- 使用阻抗匹配网络来提高输入输出端口的阻抗匹配，减小反射损耗，提高稳定性。
- 在射频放大器中加入调谐电路，可以对频率进行调节，提高放大器在特定频率范围内的稳定性。
在进行射频功放输入阻抗匹配时，需要根据具体的应用场景和要求选择合适的匹配方法。
宽带射频功率放大器的匹配电
介绍了一种分析同轴线变换器的新方法，建立了理想与通用模型，降低了分析难度和简化了分析过程。
通过研究分析，提出了一种同轴变换器与集总元件相结合的匹配电路设计方法，通过优化同轴线和集总元件的参数，实现放大器的最佳性能。
利用该方法设计了一款应用于推挽式功率放大电路的匹配电路，仿真结果表明，匹配效率高达99.93%.
阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。
为了使宽带射频功率放大器的输入、输出达到最佳的功率匹配，匹配电路的设计成为射频功率放大器的重要任务。
要实现宽带内的最大功率传输，匹配电路设计非常困难。
本文设计的同轴变换器电路就能实现高效率的电路匹配。
同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽好的特性，广泛应用于VHF/UHF波段。
常见的同轴变换器有1:4和1:9阻抗变换，如图1所示。
但是实际应用中，线阻抗与负载不匹配时，它们的阻抗变换不再简单看作1:4或1:9.本文通过建立模型，提出一种简化分析方法。
