微波功率放大器的非线性功率放大器的非线性
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0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 freq, GHz
Fra Baidu bibliotek
Spectrum
增益压缩
饱和输出功率：
输入功率达到某一值时，再加大不会改变输出功率 的大小。
1 dB压缩点输出功率
功率放大器增益压缩1 dB所对应的输出功率， 记作P1dB。
交调失真
交调失真是有不同频率的两个或更多的 输入信号经过功放而产生的混合分量。
73.2 + j70.7
Conjugate Match Load Impedance if Source Reflection Coefficient is Sopt for Minimum NF
39.3 + j22.2
Power Gain with these Source and Load Reflection Coefficients
效率可达100%， 效率与导通角无关。 极电极电压严重不 对称，峰值电压较 高。 Q值及开关电阻会 影响效率。
F类功率放大器
谐振回路L3C3增加了3次谐 波阻抗，从而使电压波形 “变方”。
微波功率放大器 的非线性
功率放大器的非线性
功率放大器是放大器中的一个“异类”
大信号工作
效率和线性都：两个最基本的矛盾
功率放大器的非线性：
谐波失真 增益压缩 交调失真
频谱扩展 AM/AM和AM/PM转换 三拍失真
谐波失真
谐波失真
当信号增加到一定程度，功率放大器因工作在非线 性而产生一系列谐波。
窄带功放，可用滤波器滤除。
0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160
Zsource
Zload
DUT*
Simultaneous Match
Zl o a d 22.954 + j36.672
Stability Factor
K
1.231
System Impedance
50.000
Matching For Noise Figure
NFmin, dB
2.361
Zopt f or NFmin
线性度：IIP3
1 dB压缩点和IIP3之间的关系：
1dB压缩点 IIP3 10dB
当系统由一组电路单元组成时，总的IIP3 可用下式计算：
二阶交调
二阶交调系数 M2 ：
二阶交调 (2 1) 失真比二次谐波失真严重， 也比三阶交调严重。
窄带功放：可以用滤波器滤除，不需考虑。 宽带功放：必须考虑 可以用平衡电路减少这种失真
通过改变晶体管的导通角实现C类放大 输出功率和增益比A类放大器小的多 匹配网络设计复杂，很少应用。
A、B、AB和C类功率放大器总结
晶体管都以压控电流源方式工作，不同 之处在于直流工作点偏置。 导通角、最高效率和输出功率
D类功率放大器
理论上可以达到100％功率 由于寄生参数大增益低导致应用很少。
E类功率放大器
若输入 l 个不同频率的信号，输出分量为:
m1 n2 pl
交调系数：
M m p
10lg
Pm p P1
单位是 dBc，交调分量比载频分量的分贝数。
三阶交调失真
三阶交调分量 ：
三阶交调系数 M3 不可能把它从信道中滤除。
三阶交调交截点IP3
基波信号输出功率特性延长线与三阶交调特性 延长线的交点称为IP3，与其对应的输入信号的 幅值IIP3。
二阶交调交截点：
类似于三阶交调交截点的定义
频谱扩展（再生）
ACPR：Adjacent Channel Power Ratio
AM/AM转换和AM/PM转换
AM/AM：对输入信号的幅度调制效应 AM/PM：对输入信号的相位调制效应
三拍失真
三拍失真定义：
具有三个不同频率 1、2、3 的信号同时输 入放大器时，其中1 和2 非常接近，而 3 离开 1 和 2 比较远，这时功率放大器输出 端出现 3 (2 1) 的失真分量。
整个功率放大器结构
驱动放大级设计
小信号设计技术，以得到最大增益为目标。 稳定性考虑，R1是稳定电阻
仿真结果
Matching For Gain
M a xi m u m Ava i l a b l e Power Gain, dB
13.643
Simultaneous Match
Zsource 16.424 + j46.478
11.648
Source Reflection Coefficient for Minimum NF
0.524 / 41.998
Conjugate match
Zload if source
Zopt
impedance is Zopt
DUT*
*DUT= Device Under Test (simulated circuit or device)
功率效率：
B类和AB类功率放大器
无论有无信号，A类功放都保持导通，B类功放只是有 信号时才工作，提高了效率。 功率增益比A类功放低。 匹配网络需要滤除谐波成份，但推挽式结构可免去这 些麻烦。
推挽式B类功率放大器
B类放大器的输出功率及效率
输出功率同A类放大器相同 通过降低直流功耗提高了效率
C类功率放大器
功率放大器设计的主要目的是得到晶体 管的最大功率。
负载线分析法 负载牵引法 大信号参数分析法
EDGE：一种提高数据速率的新技术，是 “全球通”向第三代移动通信系统 （IMT-2000）过渡的台阶。
EDGE 标准功率放大器指标
设计主要满足上面斜体表示的指标，包括功率、 增益和一些非线性指标。
三拍失真系数
注意与三阶失真的区别
功率效率、功率附加效率
功率效率：
射频输出功率
P 直流输入功率
表示功率放大器把直流功率转换成射频功率 的能力。
没有考虑晶体管的放大能力。
功率附加效率：
射频输出功率－射频输 入功率
add
直流输入功率
微波功率放大器 设计示例
EDGE 标准功率放大器设计
基本内容
微波功率放大器的分类 微波功率放大器的非线性 微波功率放大器设计示例
EDGE 标准功率放大器设计
微波功率放大器线性化设计技术
器件级线性化设计技术 电路级线性化设计技术 线性化设计技术总结
微波功率放大器 的分类
A类功率放大器
A类是所有功放结构中 线性最好的。 效率较低、增益较大。 最大输出功率：
Fra Baidu bibliotek
Spectrum
增益压缩
饱和输出功率：
输入功率达到某一值时，再加大不会改变输出功率 的大小。
1 dB压缩点输出功率
功率放大器增益压缩1 dB所对应的输出功率， 记作P1dB。
交调失真
交调失真是有不同频率的两个或更多的 输入信号经过功放而产生的混合分量。
73.2 + j70.7
Conjugate Match Load Impedance if Source Reflection Coefficient is Sopt for Minimum NF
39.3 + j22.2
Power Gain with these Source and Load Reflection Coefficients
效率可达100%， 效率与导通角无关。 极电极电压严重不 对称，峰值电压较 高。 Q值及开关电阻会 影响效率。
F类功率放大器
谐振回路L3C3增加了3次谐 波阻抗，从而使电压波形 “变方”。
微波功率放大器 的非线性
功率放大器的非线性
功率放大器是放大器中的一个“异类”
大信号工作
效率和线性都：两个最基本的矛盾
功率放大器的非线性：
谐波失真 增益压缩 交调失真
频谱扩展 AM/AM和AM/PM转换 三拍失真
谐波失真
谐波失真
当信号增加到一定程度，功率放大器因工作在非线 性而产生一系列谐波。
窄带功放，可用滤波器滤除。
0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160
Zsource
Zload
DUT*
Simultaneous Match
Zl o a d 22.954 + j36.672
Stability Factor
K
1.231
System Impedance
50.000
Matching For Noise Figure
NFmin, dB
2.361
Zopt f or NFmin
线性度：IIP3
1 dB压缩点和IIP3之间的关系：
1dB压缩点 IIP3 10dB
当系统由一组电路单元组成时，总的IIP3 可用下式计算：
二阶交调
二阶交调系数 M2 ：
二阶交调 (2 1) 失真比二次谐波失真严重， 也比三阶交调严重。
窄带功放：可以用滤波器滤除，不需考虑。 宽带功放：必须考虑 可以用平衡电路减少这种失真
通过改变晶体管的导通角实现C类放大 输出功率和增益比A类放大器小的多 匹配网络设计复杂，很少应用。
A、B、AB和C类功率放大器总结
晶体管都以压控电流源方式工作，不同 之处在于直流工作点偏置。 导通角、最高效率和输出功率
D类功率放大器
理论上可以达到100％功率 由于寄生参数大增益低导致应用很少。
E类功率放大器
若输入 l 个不同频率的信号，输出分量为:
m1 n2 pl
交调系数：
M m p
10lg
Pm p P1
单位是 dBc，交调分量比载频分量的分贝数。
三阶交调失真
三阶交调分量 ：
三阶交调系数 M3 不可能把它从信道中滤除。
三阶交调交截点IP3
基波信号输出功率特性延长线与三阶交调特性 延长线的交点称为IP3，与其对应的输入信号的 幅值IIP3。
二阶交调交截点：
类似于三阶交调交截点的定义
频谱扩展（再生）
ACPR：Adjacent Channel Power Ratio
AM/AM转换和AM/PM转换
AM/AM：对输入信号的幅度调制效应 AM/PM：对输入信号的相位调制效应
三拍失真
三拍失真定义：
具有三个不同频率 1、2、3 的信号同时输 入放大器时，其中1 和2 非常接近，而 3 离开 1 和 2 比较远，这时功率放大器输出 端出现 3 (2 1) 的失真分量。
整个功率放大器结构
驱动放大级设计
小信号设计技术，以得到最大增益为目标。 稳定性考虑，R1是稳定电阻
仿真结果
Matching For Gain
M a xi m u m Ava i l a b l e Power Gain, dB
13.643
Simultaneous Match
Zsource 16.424 + j46.478
11.648
Source Reflection Coefficient for Minimum NF
0.524 / 41.998
Conjugate match
Zload if source
Zopt
impedance is Zopt
DUT*
*DUT= Device Under Test (simulated circuit or device)
功率效率：
B类和AB类功率放大器
无论有无信号，A类功放都保持导通，B类功放只是有 信号时才工作，提高了效率。 功率增益比A类功放低。 匹配网络需要滤除谐波成份，但推挽式结构可免去这 些麻烦。
推挽式B类功率放大器
B类放大器的输出功率及效率
输出功率同A类放大器相同 通过降低直流功耗提高了效率
C类功率放大器
功率放大器设计的主要目的是得到晶体 管的最大功率。
负载线分析法 负载牵引法 大信号参数分析法
EDGE：一种提高数据速率的新技术，是 “全球通”向第三代移动通信系统 （IMT-2000）过渡的台阶。
EDGE 标准功率放大器指标
设计主要满足上面斜体表示的指标，包括功率、 增益和一些非线性指标。
三拍失真系数
注意与三阶失真的区别
功率效率、功率附加效率
功率效率：
射频输出功率
P 直流输入功率
表示功率放大器把直流功率转换成射频功率 的能力。
没有考虑晶体管的放大能力。
功率附加效率：
射频输出功率－射频输 入功率
add
直流输入功率
微波功率放大器 设计示例
EDGE 标准功率放大器设计
基本内容
微波功率放大器的分类 微波功率放大器的非线性 微波功率放大器设计示例
EDGE 标准功率放大器设计
微波功率放大器线性化设计技术
器件级线性化设计技术 电路级线性化设计技术 线性化设计技术总结
微波功率放大器 的分类
A类功率放大器
A类是所有功放结构中 线性最好的。 效率较低、增益较大。 最大输出功率：