3.3射频功率放大器电路设计实例
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。
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。
05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
01
02
03
04
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
《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、引言随着无线通信技术的不断发展，射频功率放大器（RF Power Amplifier, 简称PA）作为无线通信系统中的关键组件，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。
因此，设计一款高性能的射频功率放大器显得尤为重要。
本文将介绍一种基于ADS（Advanced Design System）的射频功率放大器设计与仿真方法，以期为相关领域的研究人员和工程师提供一定的参考。
二、设计原理与方案1. 设计原理射频功率放大器的主要功能是将低功率的射频信号放大到适合传输的功率水平。
设计过程中需考虑的主要因素包括放大器的增益、效率、线性度以及稳定性等。
基于ADS的设计方法主要利用ADS软件进行电路仿真，通过优化电路参数，以达到设计目标。
2. 设计方案本文提出的设计方案主要包括以下几个步骤：（1）确定设计指标：根据系统需求，确定射频功率放大器的设计指标，如工作频率、增益、输出功率、效率等。
（2）选择器件：根据设计指标，选择合适的晶体管、电容、电感等器件。
（3）电路设计：利用ADS软件进行电路仿真，通过优化电路参数，以达到设计目标。
（4）仿真验证：对设计好的电路进行仿真验证，检查是否满足设计指标。
三、基于ADS的仿真过程1. 建立模型：在ADS软件中，根据选定的器件建立电路模型。
2. 参数设置：设置仿真参数，如工作频率、输入功率、负载阻抗等。
3. 仿真分析：进行电路仿真，分析放大器的增益、效率、线性度等性能指标。
4. 优化设计：根据仿真结果，对电路参数进行优化，以提高放大器的性能。
四、仿真结果与分析经过仿真验证，本文设计的射频功率放大器在以下几个方面表现出色：1. 增益：放大器的增益达到了设计要求，且在工作频率范围内保持稳定。
2. 效率：放大器的效率较高，达到了预期目标，有效提高了能量的利用率。
3. 线性度：放大器的线性度良好，输出信号失真较小，满足系统需求。
4. 稳定性：放大器在工作过程中表现出良好的稳定性，没有出现自激振荡等问题。
射频放大器电路设计32页PPT
15、机会是不守纪律的。——雨果
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
射频放大器电路设计
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
射频放大器电路设计
下图示意了|S 时的稳定与非稳定区域。 下图示意了 22|<1及|S22|>1时的稳定与非稳定区域。 及 时的稳定与非稳定区域 |Гout|=1 ГSI rin 非稳定区
|ГS| =1
ГSR
(a) |S22|<1
(b) |S22|>1
的取值， 一旦得到Г 平面上的输出稳定圆，参考|S 的取值 一旦得到 S平面上的输出稳定圆，参考 22|的取值，就很容易知道对应于输入 端口稳定或非稳定的Г 取值范围，从而为匹配电路设计提供指导。 端口稳定或非稳定的 S取值范围，从而为匹配电路设计提供指导。
S 22 − Γ S D ， 若ГS＝0，则|Гout|=|S22| 1 − S11Γ S
|Гout|=1 rin Cin
ГSI |ГS| =1
ГSR
ГS平面上的输入稳定圆
晶体管稳定性
输入稳定圆
|Гout|=1 ГSI |ГS| =1 Cin 稳定区 ГSR rin 稳定区 Cin 非稳定区
放大器设计
Γin Γout 射频微波晶体管的两端口网络等 效 ΓL，ΓS分别是负载及源反射系数，由负载阻抗及源阻抗决定 分别是负载及源反射系数，由负载阻抗及源阻抗决定: ΓL= ( ZL-ZC ) / ( ZL+ ZC) ΓS= ( ZS-ZC ) / ( ZS+ ZC)
晶体管的稳定性
射频微波晶体管稳定性意味着图中诸反射系数的模值应小于 ， 射频微波晶体管稳定性意味着图中诸反射系数的模值应小于1，即 稳定性意味着图中诸反射系数的模值应小于 |Γin|＜1， |Γout|＜1 ＜ ， ＜
ГLR
|S11|>1时，原点所在区域为非稳定区域 时 S − ΓL D Γin = 11 因为 ГL平面上的输出稳定圆 若ГL＝0，则|Гin|=|S11| ， 1 − S 22Γ L 右上图在|S 时的稳定与非稳定区域如下图所示。注意|Г 右上图在 11|<1及|S11|>1时的稳定与非稳定区域如下图所示。注意 L|≤1
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。
射频放大电路设计
Pi/N
A G2Pi/N
Pi
Pi/N 功率 Pi/N
A G3Pi/N G4Pi/N
A
功率
P
Pi N
N
Gi
i1
分配
合成
Pi/N
A GN-1Pi/N
Pi/N
A GNPi/N
7.4.3 功率合成放大电路
3dB耦合器
G1
RFIN 1
2
匹配 网络
A1
匹配 网络
3dB耦合器
50W
4 50W
3 匹配
G2
网络
MS
PIN PAVS
VSWRIN
1
1
Ga Ga
1
1
1 MS 1 MS
7.2 射频放大电路旳噪声
7.2.1 噪声信号旳特征和分类
1） 2）
热噪声 散粒噪声
PN kTB
3） 闪烁噪声
I 等效噪声温度和噪声系数
PNI=0
R T=0K
有噪声 放大电路
PNO R
（1）若(|S11|<1，则史密斯圆图中心点 （ΓL=0点）在稳定区域内。分2种情况。
① 若输出稳定鉴别圆包括史密斯圆图中心 点（如图7.2（a）所示），ΓL旳稳定区域在输 出稳定鉴别圆内。ΓL旳稳定区域是史密斯圆图 单位圆内输出稳定鉴别圆内旳区域，是图7.2 （a）中旳阴影区。
② 若输出稳定鉴别圆不包括史密斯圆 图中心点（如图7.2（b）所示），ΓL旳稳 定区域在输出稳定鉴别圆外。ΓL旳稳定区 域是史密斯圆图单位圆内输出稳定鉴别圆 外旳区域，是图7.2（b）中旳阴影区。
|GS|1 (b) K<1, |S11|>1, |S22|<1
干货DIY射频功率放大器——记录了全部过程
干货DIY射频功率放大器——记录了全部过程EEWorld电子资讯犀利解读技术干货每日更新好久没有写帖子了，最近不是出差就是上班，时间太赶了，没有静下心来写一篇帖子。
前段时间正赶上有个客户找我帮忙坐台功放，也算是忙里偷闲吧。
咱们说干就干，平时肯定是没时间的，还得要拖到周六。
客户给我的技术指标，我大概的整理了下：我也给他出了个方案，如上图这样，主要就是用一级功放管来实现就完全可以做到了。
接下来就是设计电路，画PCB，末级功放我采用的比较老的管子，MRF9045。
这个管子虽然比较老了，但是很好用，我很喜欢用这个管子。
电路图我就不公布了，就是PDF里面给的典型电路，我把版图贴出来。
我自己又在里面做了一级拖动，可以在0DBM输入输出到30W。
客户不需要，就无视，直接短接过去就可以了。
输出做了个环行器，避免输出口开路，损坏功放管。
在这里顺便问下，还有多少人在用protel99se画pcb。
我一直在用，哈哈哈~板子设计好了，下面就是画结构了，采用CAD，我画的不规范，因为没人教过，完全自学，能看懂就OK。
本来是打算发出去机加工的，厂家报价200每个，打样的价格。
由于客户目前需要1台，我算了算不划算，决定自己加工。
说干就干，等到周六早上起来就开始加工。
我的雕刻机搞起，控制软件采用mach3。
开料。
6061铝，雕刻机还是不行呀，太慢了，而且还不可以换刀，只好用一个刀慢慢的啃吧。
进过2个多小时，雏形终于出来了下面就是打孔攻丝，由于手里没有1.6mm的小铣刀，只好自己定位，用钻头开孔了。
还有侧面的TNC接头孔，慢慢的找定位。
盒子好了，还差上面的盖板，再找块2mm的铝板雕刻机切一个上盖板。
这里我找了下，手里有个2mm 的铣刀，刚刚好。
经过10多分钟，盖板也搞定了。
展示下最终成品。
自己手工打造的，还是挺满足的。
结构部分，到此结束，下面就是焊接，安装调试。
焊接，我早就焊好了，按装到盒子里面，调试。
用网分，测试902——928MHz的带内平坦度，还是蛮平的，但是这是小信号，不是最终的结果，仅供参考。
3.3射频功率放大器电路设计实例
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。
开关输入/输出端（SW1和SW2）（引脚13和18）通过 50的传输线接到LNA或PA，传输线上不能传输直流 电压。
开关控制引脚（C1和C2）（引脚14和16）的开关关闭 控制电压为0V，导通电压为3～5V。当C1关闭时C2 一定要打开，反之，当C2关闭时C1一定要打开。
天线连接引脚端（Antenna）（引脚15）通过50的传 输线连接到天线，传输线上不能有直流电压。
时，不必使用扼流圈，节点内偏置约为2.2V，从而， 在VOUT输出端和其负载间需连接一个隔直电容，其值 大小应不小于100pF。
图3.3.6 AD8353应用电路图
AD8353 可 作 为 传 输 器 功 率 放 大 器 的 驱 动 器 （ 见 图 3.3.7）。这个放大器具有高反向隔离性能，也可作 为一个本机振荡器缓冲器使用，它还能作为窄带上 变频或下变频混频器的本机振荡器的驱动器（见图 3.3.8）。
CGB240内部结构方框图如图3.3.2所示，芯片内部包 含有2级放大器。
图3.3.2 CGB240 内部结构方框图 CGB240使用微带线（TRL）匹配的蓝牙射频功率放大器电路 和印制板图（PCB），如图3.3.3所示，在PCB中，VC1和VC2 连接在一起，VCtr1和VCtr2连接在一起。元器件参数见表3.3.3 。CGB240使用的分立元件匹配的蓝牙功率放大器电路和印制 板图如图3.3.4所示，元器件参数见表3.3.4。
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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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。
3.2.5 D类射频功率放大器电路
图3.2.6中的晶体管也可以采用两只FET功率管代替， 组成FET D类射频功率放大器电路。功率管可采用N沟 道增强型MOS场效应管（NEMOSFET），VGS(th) ＞0。 对于功率管NEMOSFET，导通时漏源极间仅有一个很 小的导通电阻Ron，因此VDS≈0；而截止时基本上是 iD=0，接近理想开关状态。 D类射频功率放大器采用单电源双管工作时，由于LC 串联回路中的电容C不足够大，很难在VT1截止以后给 VT2供电，并促使VT2饱和。若改为双电源供电，则又 增加了电路的复杂性。同时，由于功率管极间电容和 电路中的分布电容，将使功率管在导通至截止和截止 至导通的开关转换期间uDS（或uCE）和iD（或iC）均不 为零，从而使实际的效率降低。
3.2.5 D类射频功率放大器电路
B、C类射频功率放大器是通过减小功率管的导通时间，即 减小导通角来提高效率的。但是，的减小是有限度的。 因为减小时，虽效率提高了，但基波振幅Icm却减小了， 从而使输出功率下降，二者相互制约。从上述分析中可以 看出，功率消耗在管子上的原因是集电极电流iC流过功率 管时，功率管集射极间电压uCE不为零。功率管的管耗PT为
传输线变压器的特性阻抗ZC是由它的结构决定的。当 负载电阻RL=ZC时，传输线处于行波状态，传输线始端 的输入阻抗Ri=ZC。若不计传输线的损耗，则可以忽略 沿线传输能量的衰减。当传输线长度满足小于1/8波长 的条件时，可以忽略沿线传输相位的变化。在满足以 上条件时，可以近似认为传输线变压器的始端电压等 于终端电压，即u1=u2；两传输线电流相等，方向相反， 即I1=I2，如图3.2.13（b）所示。 传输线变压器在高频时以传输线的方式传输能量，传 输线变压器的上限频率受传输线线长L的限制，应满 足 L≤ ，否则应考虑传输过程中的损耗和相移。
射频功率放大器仿真设计详细过程讲解
射频功率放大器仿真设计本设计采用Freescale的功放管MRF7S38010H。
一、静态工作点直流扫描功率放大器设计时，需输出功率、效率、线性度等指标要求选择功放管的工作状态。
本设计根据datasheet给出的静态工作点来仿真，为AB类，如图1所示。
图1 静态工作点直流扫描仿真结果如图2所示，静态电流为162mA，栅极电压为2.85V。
图2 静态工作点仿真结果二、稳定性分析对于功放来说，稳定性非常重要。
不稳定的电路很容易引起功放管自激甚至损坏。
所以，在放大器匹配电路设计的时，首先需要进行稳定性分析和稳定电路的设计，保证稳定系数K在整个频段内大于1。
如果在整个频段内难以做到无条件稳定，有时只需确保晶体管工作频段以及附近频段的K＞1即可。
该功放管的稳定性电路和仿真结果分别如图3和图4所示。
图3 稳定性仿真电路原理图从图4的结果来看，在3.5GHz以下的频率范围内K值基本小于1，所以该电路是条件稳定，需要做稳定性措施。
解决稳定性的常用办法是在功放管输入端加入电阻等有损元件来消耗掉过多的能量，特别是低频部分。
输出端一般不加入电阻，以免造成输出功率损失。
在射频输入端口插入电阻和电容组成的并联网络；同时，在栅极端接射频扼流的 传输线，再并联射频去耦电容，最后串联一个稳定电阻，如图5所示。
此方/4法稳定效果好，但增益会降低。
具体数值需要通过仿真结果来不断调试。
图4 稳定性仿真结果图5 加入稳定元件后的稳定电路原理图仿真结果如图6所示。
从图6可见，稳定系数在整个频段内都大于1。
加入了稳定电路后，整个系统的增益有所降低。
图6 稳定性仿真结果一般情况下，稳定性与偏置电路的设计是结合在一起的。
因为供电端和射频信号是连接在一起的，所以在进行匹配设计时也需要考虑偏置电路特性。
/4λ传输线是匹配电路的一部分，在匹配设计中要注意这一点。
实际上，射频扼流作用的微带线长度并非一定要为/4λ，而是小于/4λ，所以图5中的栅极电长度并非为90度。
射频电路设计要点与设计方案(图文并茂)
射频电路设计要点与设计方案（图文并茂）目录1、射频电路中元器件封装的注意事项 (3)01.电路板的叠构 (4)02.阻抗控制 (5)03.射频元器件的摆放 (6)04.射频走线应该注意的问题 (7)05.过孔的放置 (8)2、射频电路电源设计注意事项 (9)3、射频PCB设计的EMC规范 (14)1）、层分布 (14)2）、接地 (15)3）、屏蔽 (16)4）、屏蔽材料和方法 (18)5）、屏蔽罩设计 (19)4、射频走线与地 (22)5、设计 (26)一、布局注意事项 (34)二、布线注意事项 (37)三、接地处理 (38)1、射频电路中元器件封装的注意事项成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节，这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划，并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。
而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企业文化所欠缺的。
近几年来，由于蓝牙设备、无线局域网络(WLAN)设备，和移动电话的需求与成长，促使业者越来越关注RF电路设计的技巧。
从过去到现在，RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样，一直是工程师们最难掌控的部份，甚至是梦魇。
若想要一次就设计成功，必须事先仔细规划和注重细节才能奏效。
射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性，因此常被形容为一种黑色艺术。
但这只是一种以偏盖全的观点，RF电路板设计还是有许多可以遵循的法则。
不过，在实际设计时，真正实用的技巧是当这些法则因各种限制而无法实施时，如何对它们进行折衷处理。
重要的RF设计课题包括：阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板、波长和谐波等。
在 WiFi 产品的开发过程中，射频电路的布线是极为关键的一个过程。
很多时候，我们可能在原理上已经设计的很完善，但是在实际的制板，上件过后发现很不理想，实际上这些都是布线做的不够完善的原因。
射频电路在布线中应该注意的问题：01.电路板的叠构在进行布线之前，我们首先要确定电路板的叠构，就像盖房子要先有房子的墙壁。
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
一种高效率逆F类Doherty射频功率放大器
912020年第5期设计与实现*基金项目：国家自然科学基金面上项目（61571251）；宁波市自然科学基金（2018A610024）**通信作者收稿日期：2019-12-09一种高效率逆F类Doherty射频功率放大器*A High Effi ciency Inverse Class-F Doherty RF Power Amplifi er为了进一步提高射频功放的输出能力， 基于GaN HEMT 功率器件，采用平衡式结构设计了一款工作频率为3.3 GHz —3.6 GHz 的高效率逆F 类Doherty 结构射频功放。
参照功放管的寄生参数等效电路网络，为获得逆F 类功放理想的开关特性，设计了具有寄生参数补偿作用的谐波控制网络来抑制功放输出端的二次、三次谐波 ，同时结合Doherty 功放结构特点，使其在6 dB 功率回退的情况下仍具有较高的输出效率。
仿真后，可得到其在3.3 GHz~3.6 GHz 工作频带内的输出功率在40.4 dBm~41.8 dBm 内，PAE 为66%~77%，最大DE 达到82.6%，功率回退6 dB 处，功放的DE 仍在69%左右，增益平坦度约为±1.5 dB 。
逆F 类；Doherty ；寄生补偿；谐波控制；高效率In order to further improve the output capability of RF power amplifi er, this paper uses GaN HEMT power device and adopts balanced structure to design a high efficiency inverse F-class Doherty RF power amplifier with the working frequency of 3.3-3.6 GHz. According to the parasitic parameter equivalent circuit of the power amplifi er tube, the inverse-F harmonic control network with parasitic parameter compensation is designed to suppress the second and third harmonics of the output end of the power amplifier, and the combination with the structural characteristics of Doherty amplifi er achieves the high output effi ciency of the inverse-F power amplifi er even with the 6 dB power back-off. After the simulation, the output power of the amplifi er in the working band of 3.3-3.6 GHz is 40.4-41.8 dBm, the PAE (power added effi ciency) is 66%-77%, the maximum DE (drain effi ciency) is 82.6%, the DE of the amplifi er is still about 69% with 6 dBm power back-off, and the gain fl atness is about ± 1.5 dB.inverse class-F; Doherty; parasitic compensation; harmonic control; high effi ciency（宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211）(College of Information Science and Engineering, Ningbo University, Ningbo 315211, China)【摘 要】尹希雷，李军**，代法亮，文化锋，刘太君YIN Xilei, LI Jun**, DAI Faliang, WEN Huafeng, LIU Taijund oi:10.3969/j.issn.1006-1010.2020.05.018 中图分类号：TN722.5文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2020)05-0091-06引用格式：尹希雷,李军,代法亮,等. 一种高效率逆F类Doherty射频功率放大器[J]. 移动通信, 2020,44(5): 91-96.[Abstract][Key words]【关键词】OSID ：扫描二维码与作者交流0 引言无线通信技术的发展日新月异，特别是当下5G 技术的推进，要求通信系统具备应对高频谱利用率和高速数据传输的能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
出OIP3为29dBm，放大器的输出内部匹配在50， MGA83563适合以电池为电源的个人通信设备应用，例 如无线数据、蜂窝电话和PCS。
MGA83563采用SOT-363（SC-70）封装，引脚1为电 源电压（Vd1），引脚2, 4, 5为地（GROUND），引脚 3为输入端（INPUT），引脚6为输出端和电源电压 （OUTPUT and Vd2）。
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。
3.3.4 基于AD8353的100MHz～2.7GHz
功率放大器驱动电路
AD8353是工作频率为100MHz～2.7GHz的宽带固定增 益的线性放大器，采用CP-8封装，AD8353内部具有二 级反馈放大器，有并联和串联两种反馈。第一级产生 大约10dB的增益。第二级是PNP-NPN达林顿输出级， 它也产生大约10dB的增益。单端输入单端输出，输入 端和输出端的阻抗为50，可直接插入在一个50的系 统中应用。
第1级功率放大器漏极偏置电压输入端（VD1）（引脚
7）连接一个100pF的旁路电容。
第2级功率放大器栅极偏置电压输入端（VG2）（引脚
27）通过10电阻提供偏置，引脚端连接一个10pF的 电容旁路到地，电源端连接一个1000pF的电容旁路到 地。
低噪声放大器输入（LNA in）（引脚11）使用50的 传输线与开关引脚13连接，射频输入信号为20dBm， 输入隔直电容大于24pF。 低噪声放大器输出（LNA out）（引脚8）端的射频输 出信号为7dBm，偏置电压通过电感线圈、10电阻 接入，并连接100pF和1000pF旁路电容器，工作电压 为3～5V，电流消耗为5mA。
HPMX3003的LNA利用GaAs的低噪声特征，可构成一个 匹配的宽带放大器，具有13dB的增益，2.2dB的噪声系 数；HPMX3003的开关为线性操作并提供+55dBm的IP3； HPMX3003的功率放大器产生高达27.5dBm的输出功率， 功率增加效率PAE为35％。HPMX3003采用微型SSOP-28 封装。
功率放大器输入端（PA in）（引脚4）射频输入功率 为+4dBm，输入端连接50的传输线，外接大于24pF 的隔直电容。偏置电压通过500电阻接入一个100pF 电容旁路到地。
功率放大器（PA out）（引脚21，22和25）射频输出 功率为+27dBm，偏置电压通过电感线圈接入。
图3.3.5 HPMX3003的1.5～2.5GHz应用电路（图中参数为在2.4GHz的应用）
AD8353应用电路原理图、元器件布局图和印制板图如 图3.3.6所示。该电路采用2.7～5.5V的单电源供电。电
源用0.47F和100pF的电容去耦。C1和C2为隔直电容， 注意L1是射频扼流圈，仅在VCC=3V时使用，推荐值为
100nH，用于提高输出级的电流。由于AD8353的输出
端VOUT（引脚7）是输出放大器的集电极，当VCC=5V
开关输入/输出端（SW1和SW2）（引脚13和18）通过 50的传输线接到LNA或PA，传输线上不能传输直流 电压。
开关控制引脚（C1和C2）（引脚14和16）的开关关闭 控制电压为0V，导通电压为3～5V。当C1关闭时C2 一定要打开，反之，当C2关闭时C1一定要打开。
天线连接引脚端（Antenna）（引脚15）通过50的传 输线连接到天线，传输线上不能有直流电压。
使用一条高阻抗的传输线（/4）代替。
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。
3.3.2 基于CGB240的蓝牙功率放大器电路
CGB240是一个蓝牙射频功率放大器，其符合IEEE 802.11b标准，可以应用于蓝牙（1级）、家庭RF、 WLAN、无绳电话、2.4～2.5GHz ISM频带等无线系统 中。
CGB240采用单电源供电，工作电压范围为2.0～5.5V，
当电源电压VCC=3.3V时，输出功率Po为23dBm，电流
为40～160mA，CGB240总的功率增加效率（PAE）为 50％，采用4级模拟功率控制。在低功率模式，具有高 的PAE，可以达到16dBm/30％。输出功率可通过一个 模拟控制电压（VCTR）来调整。CGB240采用简单的 外部输入、级间和输出匹配电路，并具有高的谐波抑 制能力（典型值>35dBc）。 CGB240采用TSSOP-10封装，引脚功能见表3.3.2。
图3.3.7 作为功率放大器的驱动器
图3.3.8 作为本机振荡器的驱动器
CGB240内部结构方框图如图3.3.2所示，芯片内部包 含有2级放大器。
图3.3.2 CGB240 内部结构方框图 CGB240使用微带线（TRL）匹配的蓝牙射频功率放大器电路 和印制板图（PCB），如图3.3.3所示，在PCB中，VC1和VC2 连接在一起，VCtr1和VCtr2连接在一起。元器件参数见表3.3.3 。CGB240使用的分立元件匹配的蓝牙功率放大器电路和印制 板图如图3.3.4所示，元器件参数见表3.3.4。
HPMX3003的1.5～2.5GHz应用电路如图3.3.5所示。该 图在LNA输入（LNAin）和LNA输出（LNAout）的电感 参数可根据工作频率范围调整（例如在1900MHz时为 5nH，在2400MHz时为2.5nH）。
图3.3.5中引脚1，2，3，5，6，9，10，12，16，17， 19，20，23，24为接地端。接地引脚是器件的主要散 热通道，使用多个通孔的连接形式，使寄生电感最小。
器件工作在900MHz时，有20dB的增益，输出三阶截点 （OIP3）大于23dBm，噪声系数为5.3dB，反向隔离 度为35dB。工作在2.7GHz时，有15.6dB的增益， OIP3为19dBm，噪声系数为6.8dB，反向隔离度为 30dB。
AD8353可广泛应用于VCO缓冲器、通用TX/RX放大器、 功率放大器预驱动器和低功耗天线驱动器中。
图3.3.3 CGB240使用微带线匹配的蓝牙功率放大器电路和印制板图
图3.3.4 CGB240使用分立元件匹配的蓝牙功率放大器电路和印制板图
3.3.3 基于HPMX3003的1.5～2.5GHz
LNA/开关/功率放大器电路
HPMX3003的内部包括一个低噪声放大器（LNA）、一个 GaAs（砷化镓）MMIC（单片式微波集成电路）开关和 一个功率放大器。HPMX3003的每一个部分都能单独使 用，既能作为“射频前端”，也能作为功率级，还可应 用于PCS、无线电话系统、无线局域网和ISM频带扩频系 统的无线电收发器中。
④ 散热
MGA83563的直流功率消耗为0.5W，已接近SOT-363 的超小型封装的极限。因此，必须非常小心地对 MGA83563进行充分散热。推荐使用一个有较多通孔的 较薄的PCB，并在通孔上镀上较厚的金属层，以提供更 低的阻值和更好的散热条件。
不推荐使用0.031英寸厚的电路板，理由是在散热和电 气特性上存在问题。
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。
图3.3.1 900MHz/1.9GHz/2.5GHz的功率放大器电路和元器件布局图
MGA83563的输出阻抗内部匹配为50，容易与负载阻 抗匹配。可以采用一个并联的电容和串联的传输线组 成的一个匹配网络，匹配输出为50。
MGA83563内部的输入阻抗匹配对很多应用都是很适合 的。如果需要改善输入回波损耗，需要一个更好的输 入匹配的话，只需要简单地串联一个电感即可。
在设计MGA83563印制电路板的时候，PCB版面设计应 综合考虑电气特性、散热和装配。
电源电压通过引脚6加到第二级FET的漏极，并与RF输
出连接。电感L3（RFC）被用来隔离RF输出信号到直流 电源去，并在电感RFC的电源端加一个旁路电容C4滤 去高频信号。在输出端的隔直电容C3防止电源电压加
到下一级电路。
为了防止输出功率的损耗，在工作频带上电感RFC的值 （即电抗）为几百欧姆。在更高的工作频率时，可以
3.3 射频功率放大器电路设计实例
3.3.1 基于MGA83563的 900MHz/1.9GHz/2.5GHz功率放大器电路
MGA83563是中功率GaAs RFIC放大器，内部由两级 FET功放电路组成，设计应用在频率范围为0.5～6GHz 的发射机的驱动级和输出级。MGA83563工作电压为 +3V，能提供+22dBm（158mW）的功率输出，具有