微波功率放大器设计

Zsource
Zload
DUT*
Simultaneous Match
Zl o a d 22.954 + j36.672
ห้องสมุดไป่ตู้
Stability Factor
K
1.231
System Impedance
50.000
Matching For Noise Figure
NFmin, dB
2.361
Zopt f or NFmin
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
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：
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。
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
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
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。
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
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 freq, GHz
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。
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)
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
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。
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
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