微波功率放大器共51页文档

调幅信号(A变化) ：
输入 VA(t)cowst
输出 V 0gFra Baidu bibliotekA )co wts q[(A )]
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
• AM/PM转换系数 输入单频等幅信号时，输出信号相位变化(单位：弧度)与输 入信号功率变化(单位： dB)的比值。
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
G1dB-- 增益下降1dB点 Pin <1dB>-- P1dB对应的输入功率
P1dB-- G1dB对应的输出功率
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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；
• 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；
实际经验值略小，通常取 M3 1dB -23dB
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6. 三阶交调截止点
A很小时的基波：
1 2
k1 A
三阶交调分量：
1 2
3 8
k3
A3
2
2
基波输出功率：
k1A/ 2 Poudt B10 lg Z0
A/ 2 10 lgk1210 lg Z0
G0dBPin dB
三阶交调输出功率：
P 3dB 1l0g3k3A3Z /8 0/ 221l0g2 3k (3Z0)21l0g A/Z022 3
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输入：
VA 2cows1tA 2cows2t (使总功率保持不变)
输出基波： 1 2 k1A8 9k3A 3 co w1tsco w2s t
三阶交调分量： 1 2 8 3k 3A 3 co 2 w 1 s w 2t co 2 w 2 s w 1 t
• 1dB压缩点三阶交调系数
三阶交调分量电压幅度 M31dB20lg 基波电压幅1d度 B23.75dBc
G1dB=G0dB-1 dB
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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
谐波。
mw1nw2
P
P
w1 w2 w
w1 w2
w
2w1-w2
2w2-w1 3w2-2w1
• 三阶交调分量(|m|+|n|=3时)： 2w1w2 2w2w1
最靠近有用信号的杂波分量，将造成话路串扰、误码率增加。
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非线性基波电压增益： G Vk1A3 A k3A 3/4k14 3k3A 2 非线性基波功率增益：
G (d) B 2l0 k g 1 A 3 A k 3 A 3/4 2l0 g k 1 ( 4 3 k 3 A 2 )
小信号功率增益： G 0(d)B2l0gk1 A A2l0gk1 * k1为小信号电压增益；k3为负，代表压缩特性。
• 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
P1dB=Pin<1dB>+G0dB-1 dBm 或
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倒退值：
P (P 1 d BP od u)B t M 3dB 2 2.7 3 5 1
P od u B t M 3d2 B 2.7 3 5 1 P 1 d BP 1 d B P
需要输入功率： P indB P oudtB G 0dB
• 三阶交调截止点
M 3dB 2(P ou dtB I3 P ) IP3 P1dB12
• 输入信号加大，功率管呈非线性
• S参数随Pin变化规律： S11 只变相位 S22 只降模值
• S参数测量困难：
S21 只降模值 S12 只升模值
a. 大功率的测量设备
b. 不同功率、不同频率下测量，数据量大
这个规律虽不严格但非常准确。
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7. 调幅、调相转换系数 基波电压增益： GV k1 43k3A2
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。
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k3 ' dB 3P indB
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。 7
• 任意输入功率时的三阶交调系数
Pout(dBm)
M 3 d B 2 .7 3 2 5 ( P i n 1 d B P id n)B • 为获得高指标线性度常用功率倒退法：PPou1tdBa
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三阶交调电压幅度 • 三阶交调系数 M3 20lg输出基波电压幅dB度
衡量放大器非线性失真的程度
V0
输入输出电压拟合：
V 0k0 k 1 V k2 V 2 k3 V 3
0
V
(k0，k1，，为实常数，V<1) 放大器输入、输出曲线
输入信号： 输出信号：
VAcowts
V0 k0 12k2A2k1A43k3A3cowst 12k2A2co2swt14k3A3co3swt
三阶交调
1dB
截止点 IP3
1
输入功率倒退1dB，M3改善2dB。
1 M3 dB
由于 P 1 dB P in 1 d B G 0dB 1
P3 a
小信号工作时 P oudtB P indB G 0dB
Poudt B P1dB 1
3 1
Pin a Pin(dBm)
M 3 d B 2 .7 3 2 5 ( P 1 d B P od u B 1 t)
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
Pout(dBm)
P1dB
1dB
G(dB)
G0
G1dB
1dB
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
180 dq (度dB) dPin
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§1.8.2 功率放大器设计原则
1. 线性功率放大器
与小信号高增益放大器设计的S参数公式完全一样。
inS11S112SS222 1LL
outS22S112SS121 1SS
区别仅是：由于功率管输入阻抗很低，匹配电路形式有 少许不同。
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2. 大信号S参数法