功放技术参数概述

功率放大器技术指标概述放大器参数说明

工作频率范围（F）：

指放大器满足各级指标的工作频率范围。放大器实际

的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。

功率增益（G）：

指放大器输出功率和输入功率的比值，单位常用

“dB”。

增益平坦度(ΔG)：

指在一定温度下，在整个工作频率范围内，放大器增

益变化的范围。增益平坦度由下式表示（见图1）:

图1

ΔG=±（Gmax-Gmin）/2dB

ΔG：增益平坦度

G max：增益——频率扫频曲线的幅度最大值

G min：增益——频率扫频曲线的幅度最小值

噪声系数(NF)：

噪声系数是指输入端信噪比与放大器输出端信噪比

的比值，单位常用“dB”。

噪声系数由下式表示：NF=10lg(输入端信噪比/输出

端信噪比）

在放大器的噪声系数比较低（例如NF<1）的情况下，

通常放大器的噪声系数用噪声温度（T）来表示。

噪声系数与噪声温度的关系为：T=（NF-1）T0 或

NF=T/T0+1

T0-绝对温度（290K）

噪声系数与噪声温度的换算表(见图2)

1分贝压缩点输出功率（P1dB）：

放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器

的输出功率随输入功率线性增加。这种放大器称之为

三阶截点（IP3）：

测量放大器的非线性特性，最简单的方法是测

量1dB压缩点功率电平P1dB。另一个颇为流行的

方法是利用两个相距5到10MHz的邻近信号，

当频率为f1和f2的这两个信号加到一个放大器

时，该放大器的输出不仅包含了这两个信号，

而且也包含了频率为mf1+nf2的互调分量（IM），

这里，称m+n为互调分量的阶数。在中等饱和

电平时，通常起支配作用的是最接近基音频率

的三阶分量（见图4）。

因为三阶项直到畸变十分严重的点都起着支配

作用，所以常用三阶截点（IP3）来表征互调畸

变（见图3）。三阶截点是描述放大器线性程度

的一个重要指标。三阶截点功率的典型值比P1dB

高10-12dB。IP3可以通过测量IM3得到，计算公

式为：

IP3=P SCL+IM3/2；

P SCL——单载波功率；

如三阶互调点已知，则基波与三阶互调抑

制比与三阶互调点的杂散电平可由下式估计：

基波与三阶互调抑制比=2[IP3-（P IN+G）]

三阶互调杂散电平=3（P IN+G）-2IP3

输入/输出驻波比（VSWR）：

微波放大器通常设计或用于50Ω阻抗的微波系

统中,输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和

输出端阻抗与系统要求阻抗(50Ω)的匹配程

度。

用下式表示：

VSWR = （1+|Γ|）/（1-|Γ|）；

其中Γ= （Z-Z0）/（Z+Z0）

线性放大器，这两个功率之比就是功率增益G 。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB 时的输出功率值定义为输出功率的1dB 压缩点，用P 1dB 表示。（见图3）

典型情况下，当功率超过P 1dB 时，增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率，其值比P 1dB 大3-4dB 。

VSWR ：输入输电压出驻波比 Γ：反射系数

Z ：放大器输入或输出端的实际阻抗 Z O ：需要的系统阻抗 工作电压/电流：

指放大器工作时需要供给的电源电压和放大器工作时要求供给的电流值。 放大器增益窗的定义：

在本产品手册中，放大器的增益定义采用增益窗的定义方法（不含窄带功率放大器）。增益窗的定义方法是根据放大器允许的最大增益（Gmax ），放大器允许的最小增益（Gmin ），放大器的增益波动（ΔG ）等三个增益指标对放大器的增益允许的波动和变化范围作明确定义（见图5）：

射频功率放大器的线性化技术

射频功率放大器的非线性失真会使其产生新的频率分量，如对于二阶失真会产生二次谐波和双音拍频，对于三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。这些新的频率分量如落在通带内，将会对发射的信号造成直接干扰，如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。为此要对射频功率放大器的进行线性化处理，这样可以较好地解决信号的频谱再生问题。射频功放基本线性化技术的原理与方法不外乎是以输入RF 信号包络的振幅和相位作为参考，与输出信号比较，进而产生适当的校正。实现射频功放线性化的常用技术有三种：功率回退、预失真、前馈。 1、功率回退

这是最常用的方法，即选用功率较大的管子作小功率管使用，实际上是以牺牲直流功耗来提高功放的线性度。

功率回退法就是把功率放大器的输入功率从1dB 压缩点(放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增大，放大器渐渐进入饱和区，功率增益开始下降，通常把增益下降到比线性增益低1dB 时的输出功率值定义为输出功率的1dB 压缩点，用P1dB 表示。)

向后回退6-10个分贝，工作在远小于1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区，进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交调系数。一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB。

功率回退法简单且易实现，不需要增加任何附加设备，是改善放大器线性度行之有效的方法，缺点是效率大为降低。另外，当功率回退到一定程度，当三阶交调制达到-50dBc以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退是不够的。

2、预失真

预失真就是在功率放大器前增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性失真。

预失真线性化技术，它的优点在于不存在稳定性问题，有更宽的信号频带，能够处理含多载波的信号。预失真技术成本较低，由几个仔细选取的元件封装成单一模块，连在信号源与功放之间，就构成预失真线性功放。手持移动台中的功放已采用了预失真技术，它仅用少量的元件就降低了互调产物几dB，但却是很关键的几dB。

预失真技术分为RF预失真和数字基带预失真两种基本类型。RF预失真一般采用模拟电路来实现，具有电路结构简单、成本低、易于高频、宽带应用等优点，缺点是频谱再生分量改善较少、高阶频谱分量抵消较困难。

数字基带预失真由于工作频率低，可以用数字电路实现，适应性强，而且可以通过增加采样频率和增大量化阶数的办法来抵消高阶互调失真，是一种很有发展前途的方法。这种预失真器由一个矢量增益调节器组成，根据查找表(LUT)的内容来控制输入信号的幅度和相位，预失真的大小由查找表的输入来控制。矢量增益调节器一旦被优化，将提供一个与功放相反的非线性特性。理想情况下，这时输出的互调产物应该与双音信号通过功放的输出幅度相等而相位相反，即自适应调节模块就是要调节查找表的输入，从而使输入信号与功放输出信号的差别最小。注意到输入信号的包络也是查找表的一个输入，反馈路径来取样功放的失真输出，然后经过A/D变换送入自适应调节DSP中，进而来更新查找表。

3、前馈

前馈技术起源于"反馈"，应该说它并不是什么新技术，早在二三十年代就由美国贝尔实验室提出来的。除了校准(反馈)是加于输出之外，概念上完全是"反馈"。

前馈线性放大器通过耦合器、衰减器、合成器、延时线、功分器等组成两个环路。射频信号输入后，经功分器分成两路。一路进入主功率放大器，由于其非线性失真，输出端除了有需要放大的主频信号外，还有三阶交调干扰。从主功放的输出中耦合一部分信号，通过环路1抵消放大器的主载频信号，使其只剩下反相的三阶交调分量。三阶交调分量经辅助放大器放大后，通过环路2抵消主放大器非线性产生的交调分量，从而了改善功放的线性度。

前馈技术既提供了较高校准精度的优点，又没有不稳定和带宽受限的缺点。当然，这些优点是用高成本换来的，由于在输出校准，功率电平较大，校准信号需放大到较高的功率电平，这就需要额外的辅助放大器，而且要求这个辅助放大器本身的失真特性应处在前馈系统的指标之上。

前馈功放的抵消要求是很高的，需获得幅度、相位和时延的匹配，如果出现功率变化、温度变化及器件老化等均会造成抵消失灵。为此，在系统中考虑自适应抵消技术，使抵消能够跟得上内外环境的变化。

工作频率范围Operating Frequency

放大器满足或优于指标参数时的工作频率范围。

输出功率Output Power：

放大器的输出功率有两种表示方式：饱和功率和1dB压缩点输出功率。前者是输出的最大功率，后者则是指增益下降1dB时的输出功率，前者一般大于后者。对脉冲放大器有峰值功率和平均功率之分，前者表示有信号时的输出功率，后者则是按时间平均后的功率，两者之间的关系与信号的占空比有关。

增益Gain

功放输入输出功率的比值。

增益平坦度Gain flatness

表示放大器在工作频段内功率增益的波动。

噪声指数Noise Figure

指的是功放输出端和输入端信噪比的比值。

输入输出三阶截取点IIP3，OIP3

反映放大器的线性特性的指标。具体指三阶谐波与输入端基波电平相同时对应的输入/输出功率电平。此指标与输入电平的大小和放大器的增益无任何关系。

电压驻波比VSWR

放大器通常设计或用于50Ω阻抗的微波系统中,输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统要求阻抗(50Ω)的匹配程度。用下式表示：

VSWR = （1+|Γ|）/（1-|Γ|）

其中Γ=（Z-Z0）/（Z+Z0）

VSWR：输入输电压出驻波比

Γ：反射系数

Z：放大器输入或输出端的实际阻抗

Z0：需要的系统阻抗

效率Efficiency

指输入电流×输入电压＝总功率 效率＝实际输出射频功率/总功率×100％

临道功率比ACPR (Adjacent Channel Power Ratio)

用来衡量主信道的功率泄漏到相邻信道的多少，和放大器的线性、信号的调制等多因素有关。主要应用在象CDMA 这样的宽频谱信号的研究上。

脉冲波的上升沿时间和下降沿时间 Rise Time and Fall Time 上升沿时间：从脉冲波上升沿10％上升到90％所经历的时间； 下降沿时间：从脉冲波下降沿90％下降到10％所经历的时间； 脉冲宽度：两个脉冲幅值的50%的时间点之间所跨越的时间。

占空比 Duty Cycle

在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间(脉冲宽度pulse width)与脉冲总周期(Pulse cycle)的比值。

脉冲重复频率PRF(Pulse Recurrence Frequency) 每秒钟所产生的触发脉冲的数目

●工作频率范围 Operating Frequency

放大器满足或优于指标参数时的工作频率范围。

●增益 Gain

增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值。通常用dB 表示。

●增益平坦度 Gain Flatness

增益平坦度描述的是在某一指定温度，增益在整个工作带宽内随频率变化的最大值。

●噪声指数 Noise Figure

定义为输入信噪比与输出信噪比之比。

输出信噪比

输入信噪比

o

o i i N S N S //

由于所有的放大器都会产生热噪声，输出端的信噪比会降低。所以噪声指数总是大于1。

当用dB 来表示时：()噪声指数10

10Log

NF dB =

放大器的噪声通常也可以用噪声温度来表示（一般用于窄带卫通放大器）。 噪声指数和噪声温度的关系：

()

?

??

?

?

?+=1290K K 10log

10

噪声温度噪声指数

●1dB 压缩点输出功率 Output power @ 1dB compression

所有的有源器件都有线性动态范围，在这个范围内，输出功率随输入功率线性增加。当输出功率增加到接近最大值时，将会饱和。通常把增益下降到比线性增益低1dB 时的输出功率定义为输出功率的1dB 压缩点，输入输出功率在这一点的非线性关系，有下式可得：

●输入输出电压驻波比VSWR(Input/output)

电压驻波比表示放大器输入端阻抗与输出端阻抗与系统要求阻抗的匹配程度，一般为50Ω。

● 工作电压&电流Operating voltage & current

放大器工作时需要的工作电压&电流，通常Miteq 放大器的工作电压为DC 15V ，并且器件有内部稳压器。

其他特殊要求指标：

●增益随温度的变化 Gain variation versus temperature

增益随温度的变化指在任意指定频率处线性增益随温度变化的最大值。

●总增益窗 Overall Gain Window

在放大器的工作温度和工作频率范围之内，增益的最小值和最大值。是对放大器增益的较完整的描述。

●相位匹配 Phase Matching

相位匹配指两个或更多器件之间相位的差值。通常此指标是定义在工作频率带宽内的，但是有时也定义在放大器总工作带宽的某一频段（ΔF ）内。

●相位跟踪 Phase Tracking

相位跟踪和相位匹配类似。

●幅度匹配 Amplitude Matching

幅度匹配指两个或更多器件之间增益的差值。通常此指标是定义在工作频率带宽内的，但是

1dB

11-+=线性增益dB P dB P in out

有时也定义在放大器总工作带宽的某一频段（ΔF）内。

●幅度跟踪Amplitude Tracking

幅度跟踪和幅度匹配类似。

●动态范围Dynamic range

放大器的动态范围有两种表示方法：

a.线性动态范围＝放大器保持线性的最大信号电平(通常指1dB压缩点时的输入功率值)－

最小可检测信号

b.无杂散动态范围：当放大器最小可检测输出电平与放大器输入等双音时在输出口产生的

互调相等时，放大器输入口最小可检测信号与放大器等双音时的输入电平的差值为无杂散动态范围。

●三阶截取点IP3

测量放大器的非线性特性，最简单的方法是测量1dB压缩点功率电平P1dB。另一个颇为流行的方法是利用两个相距5到10MHz的邻近信号，当频率为f1和f2的这两个信号加到一个放大器时，该放大器的输出不仅包含了这两个信号，而且也包含了频率为mf1+nf2的互调分量（IM），这里，称m+n为互调分量的阶数。在中等饱和电平时，通常起支配作用的是最接近基音频率的三阶分量。因为三阶项直到畸变十分严重的点都起着支配作用，所以常用三阶截点（IP3）来表征互调畸变（见图3）。三阶截点是描述放大器线性程度的一个重要指标。

●反向隔离度Reverse isolation

反向隔离度简单的定义为放大器输出和输入之间的隔离度。通常是在输出端输入一个信号，然后在输入端进行检测。其典型值为放大器增益的2倍。

●相位线性度Phase linearity

信号的相位随频率的变化会因放大器内部的电抗元件而失真。这种’线性’失真称作相位线性度，是通过矢量网络分析仪在放大器的整个工作频率范围内而测得。