微波功率放大器课件

P1dB=Pin<1dB>+G0dB-1
dBm
或
dB
G1dB=G0dB-1
3
5. 三阶交调(Intermodulation)系
数
• 放大特性出现非线性时，多个微波信号之间将出现交叉调
制
mw1 nw2
谐波。
P
P
w1 w2 w
w1 w2
w
2w1-w2
2w2-w1 3w2-2w1
• 三阶交调分量(|m|+|n|=3时)：2w1 w2 2w2 w1
§1.8 微波功率放大器
§1.8.1 基本指标
1. 功率单位
微波功率放大器一般指P>1W。目前，商品可到百瓦(厘米波段) 单位：dBm，以1毫瓦(mW)为基准计量的倍数。
P(dBm) 10lg P0 (mW ) 1mW
10lg 1W 30dBm 1mW
例如：1mW=0dBm 1W=1000mW=30dBm 10W=40dBm
P3 a
小信号工作时 Pout dB Pin dB G0 dB
Pout dBP1dB 1
M3 dB
3 1
Pin a Pin(dBm)
M 3 dB 23.75 2(P1dB Pout dB 1)
9
倒退值：
P

( P1dB

Pout
dB )

M 3 dB
M3 1dB -
23dB
7
6. 三阶交调截止点
1
A很小时的基波： 2 k1A
三阶交调分量：
1 2

3 8
k3
A3

2
2
基波输出功率：
Pout
dB
10 lg
k1 A / Z0
2
A/ 2 10 lg k12 10 lg Z0
G0 dB Pin dB
三阶交调输出功率：
Pout(dBm)
P1dB
1dB
G(dB)
G0
G1dB
1dB
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
0
G1dB-- 增益下降1dB点 输出功率
Pin <1dB>-- P1dB对应的输入功率
Pin <1dB> Pin(dBm)
P1dB-- G1dB对应的
2
有关定义：
• 输入功率较小时，增益为常数，称为小信号线性增益G0；
k1
A

9 8
k3 A3
cos

w1t

cos w 2 t
三阶交调分量：
1 2

3 8
k3
A3
cos2w1
w2
t

cos2w2
w1 t
• 1dB压缩点三阶交调系数
三阶交调分量电压幅度
M 3 1dB 20lg
基波电压幅度
1dB 23.75dBc
实际经验值略小，通常取
• 输入功率继续增大，功放输出功率出现非线性，输出功率 与输入功率的比值即增益减小；
• 当功放增益比小信号线性增益G0下降1dB时，称为“1dB压缩 点增益”G1dB，对应的输出、输入功率称为“1dB压缩点输 出功率”P1dB及“1dB压缩点输入功率”Pin <1dB> 。
在P1dB点有：
10lgP1dB=10lg(G0·Pin<1dB>)-1 dB 即
3k3 A3 / 8 /
P3 dB 10 lg
Z0
k3' dB 3Pin dB
2
2

10
lg(
3 2
k3
Z
0
)
2
10lg

A/ 2 Z0
2
3



结论：当Pin减小1dB时，Pout减小1dB，P3减小3dB 即：输入功率每减小1dB，三阶交调系数改善2dB。 8
G(dB)

20
lg
k1 A

3k3 A3 A
/
4

20
lg(k1

3 4
k3 A2 )
小信号功率增益：
G0 (dB)

20 lg
k1 A A

20
lg
k1
* k1为小信号电压增益；k3为负，代表压缩特性。
6
输入：
V
A 2
cosw1t

A 2
cosw2t
(使总功率保持不变)
输出基波：
1 2

• 任意输入功率时的三阶交调系数 M 3 dB 23.75 2(Pin 1dB Pin dB )
• 为获得高指标线性度常用功率倒退 法：
Pout(dBm)
Èý ½×½» µ÷
P1dB Pout a
1dB
½Ø Ö¹ µã IP3
1 1
输入功率倒退1dB，M3改善2dB。
由于 P1dB Pin 1dB G0 dB 1
23.75 2
1
Pout
dB

M 3 dB
2
23.75
1
P1dB

P1dB
P
需要输入功率： Pin dB Pout dB G0 dB
• 三阶交调截止点
M 3dB 2(Pout dB IP3 )
IP3 P1dB 12
这个规律虽不严格但非常准确。
10
7. 调幅、调相转换系数
2. 电源效率


晶体管放大器射频输出 功率 直流电源供给的直流功 率

Pout PDC
反映了把直流功率转换成射频功率的能力，但不能反映功 率放大能力。
1
3.
功率附加效率(Power
added
efficiency)add

Pout Pin PDC
既反映功率转换能力又反映功率放大能力。
4. 1dB压缩点(1dB Gain Compressed Point)输出功率 P1dB
输入信号： 输出信号：
V Acoswt
V0


k0

1 2
k2 A2



k1
A

3 4
k3Βιβλιοθήκη Baidu
A3

cos
wt

1 2
k2
A2
cos
2wt

1 4
k3 A3
cos 3wt


5
非线性基波电压增益：
GV

k1 A 3k3 A3 / 4 A
k1

3 4
k
3
A2
非线性基波功率增益：
最靠近有用信号的杂波分量，将造成话路串扰、误码率增加。
4
三阶交调电压幅度 • 三阶交调系数 M 3 20lg 输出基波电压幅度 dB
衡量放大器非线性失真的程度
V0
输入输出电压拟合： V0 k0 k1V k2V 2 k3V 3
(k0，k1，，为实常数，V<1)
0
V
放大器输入、输出曲线
g(A)：AM－AM特性，输入输出幅度不成正比 q(A)： AM－PM特性，输入输出相位有变化 输入信号幅度变化引起：交调失真、群时延失真、频谱展宽
基波电压增益：
GV

k1

3 4
k3 A2
GV
3 4
k
3
A2
GV
3 4
k3
A2
k1
低频无相移网络
q
k1
微波有相移网络
• 输入幅度变、相位变，输出则也会幅度变、相位变。
• 输入幅度变，输出幅度和相位都会变，叫调幅、调
相
(AM/PM)转换现象。
11
调幅信号(A变化) ：
输入 V A(t) coswt 输出 V0 g( A) cos[wt q ( A)]