射频与微波放大器设计
射频功率放大器电路设计实例
一个覆盖900MHz/1.9GHz/2.5GHz的功率放大器电路和元器件布局图如图3.3.1所示，元器件参数见表3.3.1。电路是组装在0.031英寸的FR-4印制板上。C5（1000pF）是旁路电容器，用来消除加在与VCC连接的电源线上的级间反馈。MGA83563第一级FET的漏极连接到引脚1，电源电压VCC通过电感线圈L2连接在漏极上，电感线圈的电源端被旁路到地。这个级间电感线圈用来完成在第一级放大器和第二级放大器之间的匹配。电感线圈L2的数值取决于MGA83563特定的工作频率，L2的数值可以根据工作频率选择。电感L2的数值也与印制电路板材料、厚度和RF电路的版面设计有关。
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① PCB版面MGA83563封装引脚焊盘的尺寸建议采用推荐使用的微型SOT-363（SC-70）封装的印制电路板引脚焊盘。该设计提供大的容差，可以满足自动化装配设备的要求，并能够减少寄生效应，保证MGA83563的高频性能。② PCB材料的选择对于频率为3GHz的无线应用来说，可选择型号为FR-4或G-10印制电路板材料，典型的单层板厚度是0.020～0.031英寸，多层板一般使用电介质层厚度在0.005～0.010英寸之间。更高的频率应用例如5.8GHz，建议使用PTFE/玻璃的电介质材料的印制电路板。
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因为MGA83563中两级放大器都是使用同一个电源，为了防止从RF输出级到第一级的漏极之间的电源线产生的反馈，应确保RF输出级到第一级的漏极之间的电源线有非常好的旁路。否则，电路将变得不稳定。连接到MGA83563的RF输入（引脚3）是直流接地电位。在MGA83563的输入端，可以不使用隔直电容，除非有一个DC电压出现在输入端。
射频与微波电路设计介绍-7-功率放大器设计介绍
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
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热设计与散热问题实例分析
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05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
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射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
01
02
03
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高集成度
随着半导体工艺的发展，射频 与微波电路将实现更高的集成
度，减小体积和重量。
高性能
采用新材料和新技术，提高电 路的性能指标，如更高的工作 频率、更低的噪声系数等。
多功能融合
将不同功能的电路模块集成在 一起，实现多功能融合，满足
复杂应用场景的需求。
智能化
引入人工智能和机器学习技术 ，实现电路的自适应调整和智 能化管理，提高系统性能。
连接测试仪器，设置合 适的测试参数（如频率 、功率等）。
对功率放大器的各项性 能指标进行测试，如输 出功率、增益、效率等 。
通过输入不同幅度和频 率的信号，观察功率放 大器的输出信号是否失 真，评估其线性度性能 。
在长时间工作和不同环 境温度下，测试功率放 大器的稳定性和可靠性 。
测试平台搭建及测试步骤说明
2.4GHz射频功率放大器的设计
毕业论文（设计）论文（设计）题目：2.4GHz射频功率放大器的设计目录中文摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (3)第二章理论基础 (5)2.1 二端口网络 (5)2.2 技术指标 (6)2.2.1 输出功率 (7)2.2.2 功率增益 (8)2.3 匹配网络 (9)2.3.1共轭匹配 (11)2.3.2负载牵引 (11)2.4 传输线理论简介 (12)2.5 ADS软件简介 (12)第三章电路设计 (14)3.1器件选型和功率分配 (14)3.1.1器件选型 (14)3.1.2 功率和增益分配 (14)3.2 单级放大器设计 (15)3.2.1功率级（Power stage）设计 (15)3.2.2驱动级（Driver stage）设计 (23)3.2.3 两级功率放大器系统设计 (26)第四章总结与展望 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录翻译 (33)中文摘要近年来，RFID技术的应用在全球掀起一场热潮。
2.4G技术标准由于它的广泛应用，更是成为技术和市场领域的宠儿。
RFID最重要的部分是发射机，而射频功率放大器作为发射机的核心部件，它的性能是制约整个RFID系统性能和技术水平的关键因素。
本文介绍了基于ADS用于RFID系统的2.4GHz射频功率放大器的硬件电路设计方法。
整个系统以MOSFET器件为核心功放晶体管，在2.4GHz、工作电压为3.3V 条件下，采用两级功放级联方式，前端驱动级工作于小信号状态，为后端提供高功率增益，后端功率级工作于大信号，提供高功率输出。
级联之后的效果是实现了27dB功率增益和高达近27dBm功率输出。
该系统主要应用于超高频射频识别读写器系统。
本文深入探讨了整体硬件电路的设计方案，详细阐述了电路设计的原理和方法，最后给出了具体的实现过程。
关键词：GaAs FET；RFID；ADS；2.4G无线系统；射频功率放大器AbstractIn recent years, RFID technology has led to a boom in the world. 2.4G technology standard has become a cosset of the technology and market field, just because of its wide range of applications. Transmitter is the most important part of the RFID system. As the core component of a transmitter, the performance of RFPA becomes to the key factor restricting capability and technical level of the whole RFID systemThis paper introduces a method of 2.4GHz RFPA hardware circuit designing used in RFID system based on ADS. The entire system using MOSFET component as the core power transistor contains two-stage cascade amplifiers working in 3.3V supply voltage, 2.4GHz. The driver-level works in small-signal state, providing high power gain for the back-end; power-level works in large-signal state, providing high output-power for the load. The effect after cascade is to achieve a 27dB power gain and a 27dBm output-power.We discuss the blue print of the overall hardware circuit design in this paper, expatiate the principles and methods of circuit design in detail, and finally give a concrete realization of the process.Key words: GaAs FET; RFID; ADS; 2.4G wireless system; RF Power Amplifier第一章绪论随着人类社会进入信息时代，无线通信技术有了飞速的发展，尤其是射频微波通信技术的产生和发展无疑对无线通信技术的发展起到了决定的作用。
实验六射频放大器的设计
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。
功率放大器设计原理书籍
功率放大器设计原理书籍
以下是一些功率放大器设计原理方面的书籍推荐：
1.《功率放大器设计的微波和射频电子学》(by Andrei Rumiantsev and Izzat Darwazeh)
该书提供了关于微波和射频功率放大器设计基础知识和实践指导，包括电源和收益、窄带和宽带功率放大器、线性和非线性设计等内容。
2.《功率放大器设计的射频IC设计原理》(by John Rogers)
这本书探讨了射频IC设计的理论和实践，重点涵盖了功率放
大器设计在射频系统中的应用。
书中包含了电源、线性和非线性功率放大器设计的详细介绍和实例。
3.《射频和微波功率放大器设计》(by Steve C. Cripps)
该著作是关于微波和射频功率放大器设计的权威指南，涵盖了从基本概念到实践设计的全过程，包括设计建模、频率补偿、功率合并、稳定性分析等。
4.《射频和微波功率放大器设计》(by Andrei Grebennikov)
这本书介绍了射频和微波功率放大器设计的基本原理和技术，包括构建放大器系统的方法、宽带功率放大器设计和非线性功率放大器设计等内容。
以上推荐的书籍希望能够帮助你更好地理解和设计功率放大器。
射频与微波晶体管放大器基础
射频与微波晶体管放大器基础一、引言射频与微波晶体管放大器是无线通信和雷达等领域中不可或缺的核心元件，它们在信号传输和处理中起到关键作用。
本文将深入探讨射频与微波晶体管放大器的基础知识，包括其原理、分类、特点以及在实际应用中的一些注意事项。
二、射频与微波晶体管放大器的原理射频与微波晶体管放大器是通过控制输入信号与输出信号之间的电流和电压关系，实现信号放大的器件。
其基本原理是利用晶体管的电流和电压放大特性，将输入的微弱信号放大到足够的水平，以满足系统对信号增益的要求。
三、射频与微波晶体管放大器的分类根据不同的工作频率和应用场景，射频与微波晶体管放大器可以分为多种不同的类型。
常见的分类包括： 1. 低频放大器：工作频率在几十千赫兹到几百兆赫兹范围内，适用于音频放大等应用。
2. 中频放大器：工作频率在几百千赫兹到几千兆赫兹范围内，适用于收音机和电视等中频信号处理。
3. 射频放大器：工作频率在几千兆赫兹到几十千兆赫兹范围内，适用于无线通信和雷达等射频信号处理。
4. 微波放大器：工作频率在几十千兆赫兹到几百千兆赫兹范围内，适用于雷达和卫星通信等微波信号处理。
四、射频与微波晶体管放大器的特点射频与微波晶体管放大器具有以下一些特点： 1. 宽带特性：能够在一定频率范围内实现较为平坦的增益响应。
2. 高增益：能够将微弱的输入信号放大到较高的输出功率水平。
3. 低噪声：在信号放大的过程中，尽可能减小噪声的引入。
4. 高线性度：能够保持输入输出信号之间的线性关系，避免非线性失真。
5. 可靠性高：具有较长的使用寿命和稳定的性能。
五、射频与微波晶体管放大器的设计要点在设计射频与微波晶体管放大器时，需要注意以下几个方面： 1. 选择合适的晶体管类型和参数，以满足系统对增益、噪声和线性度等性能指标的要求。
2. 合理的输入输出匹配网络设计，以确保能够最大限度地传输能量。
3. 对于高功率放大器，需要合理设计散热结构，以保证晶体管工作在安全的温度范围内。
射频功率放大器电路设计
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。
射频功率放大器与微带电路设计
射频功率放大器与微带电路设计摘要：功率放大器作为无线通信系统中核心部件，对于无线通信系统的通信质量有着突出的作用和影响，尤其是随着无线通信技术的发展以及移动通信用户数量的不断增加，进行功率放大器及其电路的设计研究，具有十分突出的作用意义和影响。
本文将以射频功率放大器为例，在对于射频功率放大器的工作原理分析基础上，采用ADS 软件进行射频功率放大器及其电路的设计分析，以促进射频功率放大器在无线通信领域中的推广应用。
关键词：射频功率放大器电路设计无线通信设计在无线通信技术领域中，GaN高电子迁移率晶体管作为最新的半导体功率器件，由于其本身具有宽禁带以及击穿场强高、功率密度高等特征优势，在高频以及高功率的功率器件中具有较为突出的适用性，在电子信息系统性能提升方面具有较为明显和突出的作用优势，在无线通信技术领域的应用比较广泛。
针对这一情况，本文在进行射频功率放大器及其电路的设计中，专门采用ADS仿真软件对于射频功率放大器及其电路的设计进行研究分析，并对于仿真设计实现的射频功率放大器在无线通信技术领域中的应用和参数设置进行分析论述，以提高射频功率放大器的设计水平，促进在无线通信技术领域中的推广应用。
1 射频功率放大器的结构原理分析结合功率放大器在无线通信系统中的功能作用以及对于无线通信技术的影响，在进行射频功率放大器的设计中，结合要进行设计实现的射频功率放大器的工作频带以及输出功率等特点要求，以满足射频功率放大器的设计与应用要求。
在进行本文中的射频功率放大器设计中，主要通过分级设计与级联设置的方式，首先进行射频功率放大器的功率放大级以及驱动级设计实现，最终通过电路设计对于射频功率放大器的两个不同级进行连接，以在无线通信中实现其作用功能的发挥，完成对于射频功率放大器的设计。
需要注意的是，在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中，主要应用GaN高电子迁移率晶体管进行射频功率放大器功率放大级结构模块的设计实现，同时在功率放大级结构模块的电路设计中，注重对于输出功率保障的设计；其次，在进行射频功率放大器的驱动级结构模块设计中，以C 波段的功率放大模块设置为主，电路设计则以增益提升设计为主，并对于增益平坦度和输出输入驻波进行保障。
射频和微波放大器设计
为B类工作旳放大器称为AB类放大器。
➢ C 类（丙类）放大器 • 放大器在整个信号周期内，晶体管在工作区工作旳时间
明显少于半个信号周期旳放大器为C类放大器。
小信号放大器设计
小信号放大器设计旳基 本环节
选择合适旳器件或芯片 o 工作频率 o 增益 o 噪声 o 功率电平
小信号放大器设计
窄带放大器设计 o 工作带宽不大于10%旳放大器可以为是窄带放大器
窄带放大器分类 最大增益放大器 高增益放大器 最低噪声放大器
高增益放大器设计举例
例 15.1 设计一工作频率为3GHz，增益为15dB旳放大器，选择如
下S参数旳双极晶体管（VCE=4V ，IC=5mA）：
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术（分析）
➢ 取得最小输入和输出驻波比旳条件
➢ 设计举例
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术（高频情况）
伴随工作频率旳增长，S21旳相位将趋向于900， 也就是说可能出现正反馈旳成份，由此引起放 大器旳不稳定，为了确保放大器旳稳定性，能 够在并联反馈元件上附加一种串联电感，以变 化反馈分量旳相位。
功率放大器旳最小信号电平和动态范围
最小信号电平 放大率Po,mds，必须不小于放大器旳输出噪声功率。 • Po,mds定义为高于输出噪声功率电平 x 分贝。
或
功率放大器旳最小信号电平和动态范围
功率放大器旳动态范围 功率放大器旳动态范围定义为放大器旳线性最
交调对接受系统旳影响分析
对于窄带功率放大器，除了三阶交调项（即 2f1-f2和2f2-f1）外，全部附加旳频率分量都能 够经过滤波器被滤除掉。
射频射频LNA设计
《射频集成电路设计》课程设计报告LNA的设计和仿真专业：集成电路班级：电子0604学号：200681131姓名：高丕龙LNA的设计和仿真一．实验目的：1.了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。
2.学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。
3.掌握低噪声放大器的制作及调试方法。
二．原理简介1.低噪声放大器低噪声微波放大器（LNA）已广泛应用于微波通信、GPS接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。
LNA是射频接收机前端的主要部分，它主要有以下四个特点：首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声系数越小越好。
为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。
放大器在工作频段内应该是稳定的。
其次，它所接受的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。
而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接受信号的同时又可能伴随许多强干扰信号输入，因此要求放大器有足够的线型范围，而且增益最好是可调节的。
再次，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或者天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们很好的匹配，以达到功率最大传输或者最小的噪声系数，并保证滤波器的性能。
最后，它应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰，因此它一般是频带放大器。
LNA低噪声放大器的主要指标如下：1）工作频率与带宽2）噪声系数3）增益4).放大器的稳定性5）输入阻抗匹配6）端口驻波比和反射损耗在设计较高的频段低噪声放大器，通常选用场效应管FET和高电子迁移率晶体管（HEMT）。
影响放大器噪声系数的因素除了与所选用的选用元器件有关外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。
放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，放大器存在着最佳的信号源阻抗Zso，此时，放大器的噪声系数应该是最小的，所以放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计，也就是根据所选晶体管的Гopt来进行设计。
集成电路射频功率放大器的设计与实现
集成电路射频功率放大器的设计与实现近年来，随着科技的飞速发展和通信技术的不断革新，集成电路和射频功率放大器的需求量也不断增加。
本文将重点介绍集成电路射频功率放大器的设计和实现方法。
一、射频功率放大器的基本概念射频功率放大器是指在射频频率范围内的功率放大器，其主要目的是提供信号放大和驱动负载的功率。
一般来说，射频功率放大器的工作频率范围在几百千赫到几千兆赫之间，而功率范围则在几百瓦到几十瓦之间。
射频功率放大器的设计需要考虑多种因素，如频率响应、功率输出、效率、线性度、带宽、噪声和可靠性等。
同时，还需要考虑电路的物理尺寸和材料成本等因素。
二、集成电路射频功率放大器的设计原理基本的集成电路射频功率放大器电路通常由一个输入网络、一个放大器和一个输出网络组成。
其中，输入网络和输出网络通常用于匹配阻抗和抑制谐波，而放大器则是主要的信号处理单元。
在设计射频功率放大器时，需要根据具体的应用要求选择合适的晶体管。
而晶体管的选择主要取决于需要达到的功率输出和频率范围。
同时，还需要对晶体管的偏置点进行优化，以提高其线性度和效率。
在放大器的选择和偏置点设置之后，接下来需要对输入网络和输出网络进行设计。
输入网络需要匹配信号源的阻抗，并通过调节其参数（如电容和电感）来优化放大器的频率响应。
输出网络则需要匹配负载的阻抗，并通过调节其参数来抑制反射波和谐波。
三、集成电路射频功率放大器的实现方法在进行集成电路射频功率放大器的实现时，一种常见的设计方法是使用基于微波传输线的设计技术。
该技术基于在通信系统中广泛使用的同轴电缆或微波传输线来传输射频信号。
基于微波传输线的设计方法将电路转换为等效传输线模型，并使用S参数（也称为散射参数）描述电路的行为。
通过适当选择传输线的特性阻抗和长度，可以实现输入网络和输出网络的匹配。
此外，还可以利用现代集成电路设计软件来模拟和分析电路的行为。
通过使用这些软件可以进行电路的优化，并在仿真过程中检验电路的性能。
射频放大器电路设计
01
02
03
晶体管
选择合适的晶体管类型和 型号，考虑其增益、带宽、 功率容量等参数。
电阻、电容、电感
根据电路需求选择合适的 电阻、电容和电感，确保 电路性能稳定。
调谐网络
根据工作频率和带宽需求， 设计调谐网络以实现最佳 性能。
阻抗匹配
输入阻抗匹配
通过匹配网络将源阻抗与 放大器输入阻抗匹配，提 高信号传输效率。
共集放大器
总结词
共集放大器是一种常用的射频放大器电路设计，具有高输入阻抗、低输出阻抗和电流增 益的特点。
详细描述
共集放大器采用共集电极放大方式，将输入信号通过晶体管基极进行放大，并通过发射 极输出。由于其电流增益较高，适用于对电流变化敏感的信号处理，同时具有较好的输
入阻抗和低输出阻抗性能。
功率放大器
雷达系统用放大器设计
总结词
雷达系统用放大器设计主要关注高输出功率和稳定性 ，以确保雷达系统的探测距离和准确性。
详细描述
在雷达系统用放大器设计中，高输出功率和稳定性是 关键的设计指标。为了实现高输出功率，设计师通常 会选择大功率晶体管和适当的电路结构。同时，为了 提高稳定性，需要采取有效的散热措施和电路保护措 施，以防止放大器过热或损坏。此外，还需要对放大 器的相位噪声、谐波失真等进行优化，以确保雷达系 统的探测距离和准确性。
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输出阻抗匹配
将放大器输出阻抗与负载 阻抗匹配，确保最大功率 传输。
共轭匹配
采用共轭匹配方式，使信 号在传输过程中保持恒定 幅度和相位。
噪声与增益
噪声系数
分析电路中噪声的来源，如热噪 声、散弹噪声等，并采取措施降 低噪声系数。
《2024年基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》范文
《基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》篇一一、引言射频功率放大器（RF Power Amplifier，简称RFPA）是现代无线通信系统中的关键部件之一。
设计一款性能优异的射频功率放大器对提升整个通信系统的性能具有重大意义。
本文以ADS （Advanced Design System）软件为平台，对射频功率放大器进行设计与仿真，旨在为实际产品开发提供理论依据和设计指导。
二、设计目标与要求在设计射频功率放大器时，我们主要关注以下几个方面的性能指标：增益、输出功率、效率、线性度以及稳定性。
根据实际需求，我们设定了以下设计目标：1. 增益：在所需频段内，保持较高的功率增益；2. 输出功率：满足实际应用中对输出功率的需求；3. 效率：提高功率附加效率（PAE），以降低能耗；4. 线性度：在保证增益的同时，尽可能减小失真，提高线性度；5. 稳定性：确保放大器在宽频带内稳定工作。
三、设计思路与原理在ADS软件中，我们采用微波晶体管作为功率放大的核心器件。
根据其工作原理和实际需求，设计思路如下：1. 选择合适的晶体管：根据设计目标和应用需求，选择具有高功率、高效率和高线性度的晶体管；2. 设计电路拓扑结构：根据晶体管的特性，设计合适的电路拓扑结构，如共源、共栅等；3. 优化匹配网络：通过优化输入输出匹配网络，提高放大器的增益、效率以及线性度；4. 仿真验证：利用ADS软件进行仿真验证，对设计结果进行评估和优化。
四、具体设计与仿真1. 晶体管选择与电路拓扑设计根据设计目标和应用需求，我们选择了某型号的微波晶体管作为功率放大的核心器件。
根据其特性，我们设计了共源结构的电路拓扑。
2. 匹配网络设计与优化为了获得高增益、高效率和良好的线性度，我们设计了输入输出匹配网络。
通过优化匹配网络的元件参数，使得晶体管在所需频段内具有最佳的匹配性能。
同时，我们还采用了负载牵引技术，进一步优化了输出匹配网络。
3. 仿真验证与结果分析利用ADS软件进行仿真验证，我们将设计好的电路模型导入ADS中，设置仿真参数和条件。
射频微波电路设计.pdf
射频微波电路设计.pdf射频（Radio Frequency，RF）和微波电路设计是一项专业领域，涉及设计和优化在射频和微波频段工作的电路。
这些频段通常包括无线通信、雷达、卫星通信和其他高频应用。
以下是进行射频微波电路设计的一般步骤：1.需求分析：确定项目需求和规格，包括工作频率、带宽、增益、噪声等方面的要求。
2.电路拓扑设计：选择合适的电路拓扑，如放大器、混频器、滤波器等，以满足规格要求。
3.元件选型：选择适当的被动和主动元件，例如电感、电容、晶体管等。
确保元件的特性符合设计要求。
4.仿真和建模：使用电磁场仿真工具（如HFSS、ADS等）对电路进行仿真，验证设计在预期频率范围内的性能。
5.优化和调整：根据仿真结果对电路进行优化。
调整元件值、几何结构或布局，以实现更好的性能。
6.射频集成电路设计：如果设计的是集成电路（IC），则需要进行射频IC设计，包括电源、布局、传输线等方面的考虑。
7.电源和地网络设计：设计稳定的电源和地网络，确保电路在工作频率下具有足够的功率和抗干扰性。
8.PCB设计：在设计射频电路的同时，考虑PCB布局和设计。
射频PCB设计需要特别注意传输线、电磁屏蔽和地平面等。
9.原型制作：制作电路原型进行实验验证。
在此阶段，可能需要调整元件值或布局。
10.测试和验证：对原型进行测试和验证，确保其在实际工作中达到设计要求。
11.生产和集成：将设计转移到批量生产，如果是部分系统的一部分，则进行集成。
12.系统测试：进行整个系统的测试，确保它在真实环境中的性能达到预期。
在射频微波电路设计中，理论知识、仿真工具的熟练使用以及实验经验都是至关重要的。
设计人员通常需要掌握电磁场理论、微波电路理论、射频系统知识等。
此外，密切关注射频和微波技术的发展也是保持竞争力的关键。
宽带射频功率放大器设计
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。
第六章 射频放大器设计
b1 S11a1 S12 a2 b2 S21a1 S22 a2
b1 S11 b S 2 21
S12 a1 a S 22 2
b = S a
b1 b b 2
a1 a a 2
Smith圆上的稳定区域和不稳定区域
微波电路设计
S11 1
L 0 点
| in | 1
是不稳定点
稳定性圆与Smith圆的交接部分是稳定性区域
L 0 点
在稳定性圆内
稳定性分析
微波电路设计
1 2
稳定性圆 稳定性的判定与设计
稳定性的设计与判定
微波电路设计
稳定性包括无条件稳定和有条件稳定 需要研究什么样的前提条件下，能实现稳 定，保证放大器的正常工作 无条件稳定的充要条件
CCEE
第六章 射频放大器设计
射频微波电路设计
射频放大器的设计
微波电路设计
传输线需要与有源器件良好匹配，以降低电 压驻波比、避免寄生振荡。 稳定性分析通常被作为射频放大器设计工作 的第一个步骤。 从以下两个方面分类：
根据应用条件分类：在通信系统中的接收电路中 ，射频放大电路采用低噪声放大电路，负责将微 弱信号放大；在发射系统中，则采用功率放大电 路，负责提供足够功率的射频信号输出。 根据带宽分类：分为窄带放大器和宽带放大器。
1 | S11 |2 | S22 |2 | |2 K 0.79 1 2 | S12 S21 |
| || S11S22 S12 S21 | 0.46 1
在f=1.25GHz处，得到
1 | S11 |2 | S22 |2 | |2 K 1.02 1 2 | S12 S21 |
射频功率放大器的设计
解 从输出端开始往回倒推，可得每一级的功率和增益分别为
A点： PA 29.5 0.5 3 27dBm
G1dB =7dB
A点处的两只并行放大器应选用AMP1。因AMP1的 P1dB=27dBm
B点 PB PB 27 7 20dBm
C点：PC 20 0.5 3 23.5dBm
C点处也应选用AMP1。因AMP2的 P1dB=22dBm 低于C点处要求的
1 1 1
P P G P 1dB,cas
1dB,n
Pn 1dB,n1
1 GPnGPn1 GP2P1dB,1
若各级放大器的特性一致，即
GPk GP k 1, 2, , n G1dB,k G1dB k 1, 2, , n
1 P1dB,cas
1 P1dB
1
1 GP
1 Gp2
1 G n 1Байду номын сангаас
p
1 P1dB
N路多级功率合成器(或功分器)是一种将N路不同放大器的输出 功率进行合成(或分解)的耦合器。
6
16．4 微波功率的合成与分配技术
功率合成／分配器
多级中的N路
谐振腔结构
一级中的N路
Ta非谐振腔结构
二叉型结构
兰格耦 合器
威尔金森 耦合器
非二叉型结构
同轴线
波导
微带线
同轴腔
波导
P 威尔金 o,mNi路n微
PTOIk P k 1, 2, , n
1 1 1 1
1
PTOI
P
1
GP
GP2
G n 1 P
30
1 PTOI
1 P
11/ 11/
GPn GP
n PTOI P 11/ GP
设计一个射频小信号放大器
设计⼀个射频⼩信号放⼤器题⽬:设计⼀个射频⼩信号放⼤器概述⾼频⼩信号放⼤器是通信设备中常⽤的功能电路，它所放⼤的信号频率在数百千赫⾄数百兆赫。
⾼频⼩信号放⼤器的功能是实现对微弱的⾼频信号进⾏不失真的放⼤，所谓⼩信号,⼀是信号幅度⾜够⼩,使得所有有源器件(晶体三极管,场效应管或IC)都可采⽤⼆端⼝Y参数或线性等效电路来模型化;⼆是放⼤器的输出信号与输⼊信号成线性⽐例关系.从信号所含频谱来看，输⼊信号频谱与放⼤后输出信号的频谱是相同的。
⾼频⼩信号放⼤器的分类：按元器件分为：晶体管放⼤器、场效应管放⼤器、集成电路放⼤器;按频带分为：窄带放⼤器、宽带放⼤器;按电路形式分为：单级放⼤器、多级放⼤器;按负载性质分为：谐振放⼤器、⾮谐振放⼤器;.⾼频⼩信号谐振放⼤器除具有放⼤功能外,还具有选频功能,即具有从众多信号中选择出有⽤信号,滤除⽆⽤的⼲扰信号的能⼒.从这个意义上讲,⾼频⼩信号谐振放⼤电路⼜可视为集放⼤,选频⼀体,由有源放⼤元件和⽆源选频⽹络所组成的⾼频电⼦电路.主要⽤途是做接收机的⾼频放⼤器和中频放⼤器.其中⾼频⼩信号调谐放⼤器⼴泛应⽤于通信系统和其它⽆线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是⾮常微弱的，这就需要⽤放⼤器将其放⼤。
⾼频信号放⼤器理论⾮常简单，但实际制作却⾮常困难。
其中最容易出现的问题是⾃激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。
本⽂以理论分析为依据，以实际制作为基础，⽤LC振荡电路为辅助，来消除⾼频放⼤器⾃激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放⼤器与前后级的阻抗匹配。
2电路的基本原理图2-1所⽰电路为共发射极接法的晶体管⾼频⼩信号单级单调谐回路谐振放⼤器。
它不仅要放⼤⾼频信号，⽽且还要有⼀定的选频作⽤，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。
在⾼频情况下，晶体管本⾝的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放⼤器输出信号的频率或相位。
晶体管的静态⼯作点由电阻R b1、R b2及Re决定，其计算⽅法与低频单管放⼤器相同。
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•
R1的值总是正值（即R1≥0），考虑最坏情况，即 R1=0, 由公式 15.9b,得到(gm)min的值
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术（分析）
匹配条件下(gm)min的简单表达式： • 将式15.9c中的R2代入式15.20，有
由公式 15.19c 可以看出，一旦晶体管满足(gm)min情况， 增益S21只与反馈电阻R2有关，而与器件的参数无关。 因此，只要器件是线性工作的，在一个宽的频带内放 大器就可以保证增益的平坦性。
多级小信号放大器设计
多级小信号放大器设计
——最大增益多级放大器设计
设计目标 获得最大的级连增益，也就是说应该使放大器的各级 都工作于最大增益条件下。
设计原理 所有端口（输入和输出）都应该共轭匹配。
多级小信号放大器设计
——多级低噪声放大器设计
设计目标 在满足最低噪声的基础上达到最大的带内增益
射频与微波放大器设计 ——放大器的分类
• A 类（甲类）放大器 A 类（甲类）放大器的特点是，在整个信号周期内，放 大器都工作于晶体管的工作区。
B 类（乙类）放大器 • B 类放大器的特点是，在放大器的工作过程中，大约半 个信号周期的时间工作于晶体管的工作区。
射频与微波放大器设计 ——放大器的分类
大信号放大器设计
大信号放大器设计 的基本考虑 稳定性 功率电平 增益 (线性和非线 性) 效率 线性特性 (谐波特 性) 交调 散热问题 动态范围 电磁兼容设计 机械结构
大信号放大器设计
大信号放大器的设计方法
修正 S-参数法 采用小信号放大器的S参数模型，但S21用大信 号下的新参数代替
小信号放大器设计
小信号放大器设计
小信号放大器设计
• 稳定性分析 稳定性判据 绝对稳定 条件稳定 采用负反馈、电阻加载 等措施 注意： • 不但要考虑工作带宽内 的稳定性，也要考虑工 作带宽外的稳定性 匹配网络的设计 根据不同放大器的要求， 进行匹配网络的设计。 带宽的考虑 双向还是单向设计 增益与噪声设计的平衡 级间匹配（共轭匹配）
大多数情况下，最小噪声和最大增益并不是同 时出现！
低噪声放大器 (LNA)设计
基本设计步骤 设计的前五个步骤与其它类型的放大器是相同，此后， 有 (1) 计算输入和输出匹配网络的分配增益。 (2) 将常数噪声圆、源（输入）常数增益圆绘在同一张 Smith圆图上。 (3) 选择与预设的常噪声系数圆相交的输入（源）常增益 圆，作为增益设计的考虑，设计时应考虑到带宽的要 求。
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术（分析）
获得最小输入和输出驻波比的条件
设计举例
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术（高频情况）
随着工作频率的增加，S21的相位将趋向于900， 也就是说可能出现正反馈的成分，由此引起放 大器的不稳定，为了保证放大器的稳定性，可 以在并联反馈元件上附加一个串联电感，以改 变反馈分量的相位。
功率放大器的最小信号电平和动态范围
最小信号电平 放大器的最小输入可检测信号功率Pi,mds所对应的输出 功率Po,mds，必须大于放大器的输出噪声功率。
•
Po,mds定义为高于输出噪声功率电平 x 分贝。
或
功率放大器的最小信号电平和动态范围
功率放大器的动态范围 功率放大器的动态范围定义为放大器的线性最 大输出功率P1dB（dB）和最小可检测输出功率 P0,mds（dB）之差，即
宽带放大器（B ——负反馈技术
反馈放大器的分析
• 反馈放大器的等效电路
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术
分析： • 由图15.19b，负反馈放大器的导纳矩阵 [Y] 为
其中
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术（分析）
例
交调的概念
定义 • 当非线性网络的输入端输入两个以上不同频率的 正弦波信号时，如果在输出端得到了多余频率的 输出信号，则可以说由于网络的非线性，使信号 产生了交调。
大信号放大器的交调现象
考虑在放大器输入端的两个归一振幅为1，不同频率的 正弦信号，即
在非线性放大器的输出端，有
射频与微波放大器设计
射频和微波放大器设计 的基本考虑
1 功率或信号电平 小信号 大信号 (高功率)
3 增益 高增益 (窄带) 常数增益 (宽带)
4 噪声 低噪声
2 工作带宽 窄带 宽带
5 多级放大器
射频与微波放大器设计
基本设计方法 —采用S参数来进行设计 微波放大器用基本器件 双极晶体管 (较低频率) 场效应管(较高频率，可以一直工作到毫米波 段）
• 设计举例
宽带放大器（BBA）设计
——平衡放大器设计
平衡放大器电原理图
宽带放大器（BBA）设计
——平衡放大器的工作原理
(1) 端口1的输入功率通过3dB输入定向耦合器，在端口2 和3等分输出，相位相差900。在理想情况下，端口4没 有功率输出。 (2) 放大器 a 和 放大器 b 分别对端口2和端口3的输出 功率进行放大，由于两个放大器的特性是一样的，因 此，放大后的信号仍然是大小相等，相位相差900。 (3) 在输出3分贝定向耦合器的输入口，由放大器b输出的 信号比放大器a的输出信号滞后900，经过输出定向耦合 器后，在输出定向耦合器的端口2，合成信号的振幅相 等，相位相差1800，端口2没有输出，而端口3合成的信 号振幅相等，相位相同，即合成信号从端口3输出。
功率容量 合成输出功率能力是单个放大器的两倍 可靠性 即使有一路放大器损坏，仍然可以工作（增益将下降 6dB）
设计举例
宽带放大器（BBA）设计 ——负反馈技术
对于宽带（宽达20倍频程）、低增益变化的放 大器，负反馈是一项非常有效的技术。负反馈 技术唯一的缺点是由于在反馈回路中有电阻， 因此必然使噪声增加，增益降低。
低噪声放大器 (LNA)设计
(4) 在选定的输入常数增益圆上选择在预定噪声圆内的ГS 值，设计输入匹配网络。 (5) 根据增益和带宽要求，选择ГL 值，设计输出匹配网 络。
设计举例
宽带放大器（BBA）设计
1 宽带放大器的定义 • 在宽带范围（一个倍频程甚至十个倍频程）内具有平坦 响应的放大器为宽带放大器。
设计原理 第一级采用最低噪声设计，当第一级的增益足够时， 后续各级可采用尽可能提高增益的方法。 注意！ 在多级放大器的设计中，一定要注意版图的布局，防 止前后级之间的串扰与耦合。
大信号放大器设计
大信号放大器和小信号放大器设计的不同之处
设计参数： ——采用大信号 S 参数。 工作状态： ——大部分为非线性状态。 分析方法： ——非线性分析方法
直流偏臵设计 偏臵电压（Q点）的选择 • 一般来说，放大器直流 偏臵电压对于应该选择 在IC-VCE曲线（双极晶 体管）或ID-VDS曲线 （场效应管）的中部， 以保证晶体管在工作区 （双极晶体管）或饱和 区（场效应管）工作。
小信号放大器设计
直流偏臵电路的设计 • 直流偏臵电路的设计原则应该是：直流偏臵的引入对微 波和射频信号没有影响，即一方面要防止微波和射频信 号从偏臵泄漏，干扰偏臵回路的正常工作，同时也要防 止外界干扰信号通过偏臵回路影响微波和射频系统的工 作。 • 因此直流偏臵回路应该是一个低通滤波器，并且在与微 波回路相关的连接处向直流偏臵看去的输入阻抗应该为 近似开路。
宽带放大器（BBA）设计 ——平衡放大器的优点
反射系数
如果两个放大器特性是完全一致的（平衡），则整个 放大器是完全匹配的。因此平衡放大器允许各放大器 的输入和输出口是失配的。 增益 在理想情况下，整个放大器的增益等于单支路放大器 的增益
宽带放大器（BBA）设计 ——平衡放大器的优点
——宽带放大器的设计考虑
宽工作频带范围内的稳定性 • K因子依赖于|S12S21|的乘积，因此放大器的稳定性依赖 于|S12S21|随频率变化曲线的平坦度。 S11 和 S22在整个工作频率范围的变化 • 直接影响到输入和输出匹配网络的宽带设计。输入和 输出匹配网络的特性本身随频率变化。
噪声系数在宽频带内的变化特性 • 影响工作频带内的噪声特性
小信号放大器设计
窄带放大器设计 • 工作带宽小于10%的放大器可认为是窄带放大器
窄带放大器分类 最大增益放大器 高增益放大器 最低噪声放大器
高增益放大器设计举例
例 15.1 设计一工作频率为3GHz，增益为15dB的放大器，选择如下 S参数的双极晶体管（VCE=4V ，IC=5mA）：
2 宽带放大器设计的基本考虑 设计的基本方法与前面研究的高增益放大器的基本设计 方法是相同的。 由于器件参数和匹配网络特性随频率变化，宽带放大器 的设计比高增益放大器的设计复杂。
宽带放大器（BBA）设计
——宽带放大器的设计考虑
晶体管的 |S21| 和 |S12| 随频率变化的规律
宽带放大器（BBA）设计
AB 类（甲乙类）放大器 • 在小信号时，放大器为A类工作，在大信号时，放大器 为B类工作的放大器称为AB类放大器。 C 类（丙类）放大器 • 放大器在整个信号周期内，晶体管在工作区工作的时间 明显少于半个信号周期的放大器为C类放大器。
小信号放大器设计
小信号放大器设计的基 本步骤
• • • • 选择适当的器件或芯片 工作频率 增益 噪声 功率电平
大信号放大器设计
源和负载反射系数法 依据生产厂商提供的在一分贝压缩点对应的源 反射系数、负载反射系数和输出功率参量进行 设计
大信号放大器设计
大信号放大器设计的基本概念 1-dB 压缩点: • 一分贝压缩点定义为在POUT—PIN曲线上，功率 增益相对于小信号增益值减小一分贝的点。它 表征了放大器的非线性特性。即