短波发射机射频前端放大电路设计

短波发射机射频前端放大电路设计
提纲：
1. 电路拓扑结构
2. 功耗及散热问题
3. 外部干扰及抗干扰性能
4. 射频信号质量
5. 调试和实验验证
1. 电路拓扑结构
短波发射机射频前端放大电路的拓扑结构包括：功率放大器和驱动放大器。

功率放大器负责将低功率信号放大至一定功率，驱动放大器则将输入信号放大至合适的功率水平，以驱动功率放大器。

近年来，类F和类E功率放大器成为了主流选择，其拓扑结构简单，效率高。

类F功率放大器是一种抽取频率的方法，其拓扑与类D功率放大器相似。

类E功率放大器是综合了电容和电感的有源装置，并利用开关管的电感时保证其在高频下的效率。

这两种拓扑结构中，类E功率放大器具有更高的效率，善于处理宽带信号，但类F功率放大器的拓扑结构较为简单，容易实现。

驱动放大器的拓扑结构较为单一，通常采用差分、全差分、共模、反相等传输方式。

差分方式具有较好的共模抑制性能，可有效抑制输入信号与噪声的共模干扰；全差分方式相对复杂，但在高速传输上有明显优势；共模和反相方式可分别用于差分
和全差分输出，但这两种方式都存在失真问题。

2. 功耗及散热问题
功率放大器的功耗通常较大，同时也带来了散热问题。

为了实现高效且可靠的散热，常用的方法包括利用散热片、散热管和水冷等。

散热片是最常见的散热方式，但其散热效率不够高，无法满足高功率放大器的需求。

散热管则解决了这一问题，其结构类似于热管，能将热量从高处传递至低处，同时保证热传导的均匀性。

水冷方式则利用水的热传导性能，在功率放大器内部设置通道，通过水循环实现散热。

除此之外，功率放大器的电源设计和电源管理也是影响功耗和散热的重要因素。

尝试在多个单元电源之间分配负载是一种有效的电源管理策略。

当瞬态负载峰值保持在合理水平时，能降低电源出现异常的风险。

3. 外部干扰及抗干扰性能
短波发射机前端放大电路需要具备较强的抗干扰能力，以避免因外部射频干扰而导致的信号质量降低。

干扰的来源可能是来自周边环境的无线电信号和其他外部信号。

为了增强抗干扰能力，需要考虑减少电路的敏感度。

抗干扰方法包括限制输入功率、添加滤波器、在关键输入和输出点添加抑制器等。

CAN（共模抑制网络）是用于相邻输入和输出信号隔离的抑制器，其结构简单、效率高，成为主流选
项。

其次是EMI（电磁干扰）滤波器，通过将干扰信号滤波
在开关管之外，保护开关管免受外界噪声的干扰。

除了采取主动的抗干扰措施外，还应该尽可能的利用器件自身的抗干扰特性。

例如，MOSFET管的抗干扰性能优于BJT管，可通过选择不同的器件来实现抗干扰性能的优化。

4. 射频信号质量
射频信号质量是短波发射机前端放大电路设计的核心问题，除了应满足基本的指标外，如输出功率、频率响应等，还需要考虑非理想因素对信号质量的影响。

非理想因素包括失真、噪声和交互调制等。

失真问题可通过设立合适的偏置点和采用抑制器等方法来得到解决。

噪声问题则需要通过设计合适的滤波器来降低电路噪声。

交互调制问题可通过选择适当的器件来解决。

此外，信号传输过程中的反射也会影响信号质量。

在高频电路中，选择适当的连接和匹配方式可有效降低反射。

5. 调试和实验验证
设计完成后，需要进行实验验证。

验证过程中需要尽可能的采用量化方法，例如功率测试、频谱测试等方法。

在前端放大电路中，根据信号功率和频谱信息，可以对电路性能进行直观的评估。

实验验证过程中还需要对电路参数进行调试。

参数的调整会对电路性能产生影响。

因此，需要采用合适的实验方法来逐步调整电路参数，最终得到优化的电路性能。

案例：
1. 案例一
“小功率LDMOS RF发射机的射频功率放大器设计”，J.Huang
等人, 2014年国际通信信号处理和其应用国际会议论文。

该文
章中，作者设计了一个输出功率为5W的低噪声功率放大器。

文章中通过实验验证证明了该功率放大器具有较好的线性度和噪声性能。

2. 案例二
“一种高效率、高性能射频功率放大器的研究”，F. Weng等人，2016年电子科技大学硕士学位论文。

该硕士论文介绍了一种
基于类E功率放大器的高效率、高性能射频功率放大器。

实
验结果表明，该功率放大器具有较高的效率和输出功率。

3. 案例三
“一种宽带高线性度全差分驱动放大器的设计”，W. Liu等人，2016年微波与毫米波学报。

该论文介绍了一种宽带高线性度
的全差分驱动放大器。

实验结果表明，该驱动放大器具有较好的线性度和宽带性能。

4. 案例四
“一种高功率LDMOS射频功率放大器的设计”，N. Wang等人，2015年电子科技大学硕士学位论文。

该硕士论文介绍了一种
高功率LDMOS射频功率放大器。

实验结果表明，该功率放大器具有高功率和较好的抗干扰性能。

5. 案例五
“一种基于CMOS F型功率放大器的RF前端电路设计”，W. Zhang等人，2015年中山大学硕士学位论文。

该硕士论文介绍了一种基于CMOS F型功率放大器的RF前端电路设计。

实验
结果表明，该电路具有较高的效率和线性度。