射频功率放大器与微带电路设计
射频功率放大器电路设计实例
一个覆盖900MHz/1.9GHz/2.5GHz的功率放大器电路和元器件布局图如图3.3.1所示，元器件参数见表3.3.1。电路是组装在0.031英寸的FR-4印制板上。C5（1000pF）是旁路电容器，用来消除加在与VCC连接的电源线上的级间反馈。MGA83563第一级FET的漏极连接到引脚1，电源电压VCC通过电感线圈L2连接在漏极上，电感线圈的电源端被旁路到地。这个级间电感线圈用来完成在第一级放大器和第二级放大器之间的匹配。电感线圈L2的数值取决于MGA83563特定的工作频率，L2的数值可以根据工作频率选择。电感L2的数值也与印制电路板材料、厚度和RF电路的版面设计有关。
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① PCB版面MGA83563封装引脚焊盘的尺寸建议采用推荐使用的微型SOT-363（SC-70）封装的印制电路板引脚焊盘。该设计提供大的容差，可以满足自动化装配设备的要求，并能够减少寄生效应，保证MGA83563的高频性能。② PCB材料的选择对于频率为3GHz的无线应用来说，可选择型号为FR-4或G-10印制电路板材料，典型的单层板厚度是0.020～0.031英寸，多层板一般使用电介质层厚度在0.005～0.010英寸之间。更高的频率应用例如5.8GHz，建议使用PTFE/玻璃的电介质材料的印制电路板。
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因为MGA83563中两级放大器都是使用同一个电源，为了防止从RF输出级到第一级的漏极之间的电源线产生的反馈，应确保RF输出级到第一级的漏极之间的电源线有非常好的旁路。否则，电路将变得不稳定。连接到MGA83563的RF输入（引脚3）是直流接地电位。在MGA83563的输入端，可以不使用隔直电容，除非有一个DC电压出现在输入端。
射频与微波电路设计介绍-7-功率放大器设计介绍
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
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热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
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射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
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射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
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高集成度
随着半导体工艺的发展，射频 与微波电路将实现更高的集成
度，减小体积和重量。
高性能
采用新材料和新技术，提高电 路的性能指标，如更高的工作 频率、更低的噪声系数等。
多功能融合
将不同功能的电路模块集成在 一起，实现多功能融合，满足
复杂应用场景的需求。
智能化
引入人工智能和机器学习技术 ，实现电路的自适应调整和智 能化管理，提高系统性能。
连接测试仪器，设置合 适的测试参数（如频率 、功率等）。
对功率放大器的各项性 能指标进行测试，如输 出功率、增益、效率等 。
通过输入不同幅度和频 率的信号，观察功率放 大器的输出信号是否失 真，评估其线性度性能 。
在长时间工作和不同环 境温度下，测试功率放 大器的稳定性和可靠性 。
测试平台搭建及测试步骤说明
射频功率放大器电路设计
本文主要对射频功率放大器电路设计进行介绍，主要介绍了射频功率放大器电路设计思路部分，以及部分设计线路图一、阻抗匹配设计大多数PA都内部集成了到50欧姆的阻抗匹配设计网络，不过也有一些高功率PA 将输出端匹配放在集成芯片外部，以减小芯片面积。
常用的匹配设计有微带线匹配设计、分立器件匹配设计网络等，在典型设计中有可能会将两者共同使用，以改善因为分立器件数值不连续带来的匹配设计不佳的问题。
PA阻抗匹配设计原理和射频中的阻抗匹配相同，都是共轭匹配设计，主要实现功率的最大传输。
常用工具可以使用Smith圆图来观察阻抗匹配设计变化，同时用ADS软件来完成仿真。
二、谐波抑制由本人微博《射频功率放大器 PA 的基本原理和信号分析》得知，谐波一般是由器件的非线性产生的倍频分量。
谐波抑制对于CE、FCC认证显得尤为重要。
由于谐波的频率较分散，所以一般采用无源滤波器来衰减谐波分量，达到抑制谐波的效果。
不仅PA，其它器件包括调制信号输出端都有可能产生谐波，为了避免PA对谐波进行放大，有必要在PA输入端即添加抑制电路。
上图所示无源滤波器常用于2.4G频段的芯片输出端位置，该滤波器为五阶低通滤波器，截止频率约为3GHz，对2倍频和3倍频的抑制分别达到45.8dB和72.8dB。
使用无源滤波器实现谐波抑制有以下优点：l 简单直接，成本有优势l 良好的性能并且易于仿真l 可以同时实现阻抗匹配设计三、系统设计优化系统设计优化主要从电源设计，匹配网络设计出发，实现PA性能的稳定改善。
3.1 电源设计功率放大器是功耗较大的器件，在快速开关的时候瞬间电流非常大，所以需要在主电源供电路径上加至少10uF的陶瓷电容，同时走线尽量宽，让电容放置走线上，充分利用电容储能效果。
PA供电电源一般有开关噪声和来自其它模块的耦合噪声，可以在PA靠近供电管脚处放置一些高频陶瓷电容。
有必要也可以加扼流电感或磁珠来抑制电源噪声。
从SE2576L的结构框图可以看出，该PA一共由三级放大组成，每一级都单独供电，前面两级作为小信号电压增大以及开关偏置电路，其工作电流较小，最后一级功率放大，其电流很大。
电子工程中的射频功率放大器设计
电子工程中的射频功率放大器设计随着现代通信技术的快速发展，射频功率放大器作为核心器件之一，在无线通信、广播电视、雷达等领域扮演着至关重要的角色。
射频功率放大器的设计与制造对于提高通信质量、扩大通信范围、提高数据传输速率等方面有着至关重要的作用，因此，射频功率放大器设计已经成为了电子工程领域中的重要研究课题。
1.射频功率放大器的分类根据工作频率的不同，射频功率放大器可以分为低频、中频和高频三种类型。
其中，低频功率放大器工作频率在几千Hz至几十MHz范围内，主要用于音频、视频信号放大；中频功率放大器工作频率在200kHz至20MHz范围内，主要用于调幅、调频广播电视信号的放大；而高频功率放大器则工作在几百MHz至数GHz 的频段内，通常用于无线通信、雷达等领域。
2.射频功率放大器的工作原理射频功率放大器的核心部件是晶体管或管子，其工作原理主要分为两种：一种是双结二极管射频放大器工作原理，另一种是场效应管(FET)射频功放的工作原理。
双结二极管射频放大器工作原理：当正向电压施加在PN结时，电子从N区域向P区域移动，空穴从P区域向N区域移动，形成一个空间电荷区。
在一定交变电压下，空穴和电子受到吸引而脱离其原有的位置，在PN结的内部形成电子空穴对。
当外界施加的电压为正向电压时，二极管处于导通状态。
而当外界施加的电压为反向电压时，二极管处于截止状态。
场效应管(FET)射频功放工作原理：FET是一种由三个电极组成的器件：源极、栅极和漏极。
当两极之间施加一定的电压时，栅极处形成的电场会控制源极与漏极之间的电流，从而起到放大的作用。
3.射频功率放大器的设计要点射频功率放大器的设计比较复杂，需要考虑多个因素，包括负载匹配、反射损失、噪声系数、稳定性等。
负载匹配：负载匹配是射频功率放大器设计中最重要的一个因素。
在输出电路中使用抽头恩格尔特(EE)网络和共源共栅(SCR)网络可以实现在阻抗转换工作状态下的负载匹配。
反射损失：反射损失指的是由于负载与负载端反射的无用功率造成的损失。
电子设计中的射频功率放大器设计
电子设计中的射频功率放大器设计射频功率放大器在无线通信系统中起着至关重要的作用，它是将输入的射频信号增强到足够大的功率输出到天线的关键组件。
在电子设计中，设计一个高性能的射频功率放大器需要考虑许多因素，包括频率范围、增益、功率输出、效率和稳定性等。
首先，频率范围是射频功率放大器设计的重要考虑因素之一。
不同的应用需要不同频率范围的功率放大器。
因此，在设计时需要确定输入和输出频率范围，并选择合适的放大器器件以确保性能。
其次，增益是衡量功率放大器性能的重要参数之一。
通常情况下，设计时需要根据系统要求确定所需的增益值，并选择合适的放大器电路拓扑结构和器件参数来实现目标增益。
功率输出是另一个关键指标，射频功率放大器需要能够提供足够大的输出功率以满足系统要求。
在设计中需要合理选择功率放大器的级联数、电源电压、电流等参数，以实现所需的输出功率。
效率是指功率放大器将输入功率转换为输出功率的比例，通常以百分比表示。
高效率的功率放大器能够减少系统能耗，提高整个系统的性能。
因此，在设计时需要考虑部分负载效率等因素，优化功率放大器的效率。
稳定性是指功率放大器在不同工作条件下能够保持稳定的工作状态。
设计稳定的射频功率放大器需要考虑反馈回路、匹配网络等因素，避免出现振荡或失稳等问题。
总的来说，设计一个高性能的射频功率放大器需要综合考虑频率范围、增益、功率输出、效率和稳定性等因素，并根据具体的应用需求来选择合适的设计方案。
正确选取放大器器件、设计适当的电路拓扑结构以及优化器件参数都是实现设计目标的关键步骤。
在实际设计过程中，可以利用各种电子设计软件进行仿真和优化，帮助工程师快速验证设计方案，提高设计效率。
同时，也需要通过实际测试和调试来验证设计的性能，确保射频功率放大器能够稳定可靠地工作在系统中。
射频功率放大器设计是电子设计中的重要环节，设计一个高性能的功率放大器需要工程师具备扎实的电子学理论知识和丰富的设计经验。
通过不断学习和实践，工程师们可以不断提升自己的设计能力，为无线通信系统带来更加稳定和可靠的性能。
射频放大电路设计
Pi/N
A G2Pi/N
Pi
Pi/N 功率 Pi/N
A G3Pi/N G4Pi/N
A
功率
P
Pi N
N
Gi
i1
分配
合成
Pi/N
A GN-1Pi/N
Pi/N
A GNPi/N
7.4.3 功率合成放大电路
3dB耦合器
G1
RFIN 1
2
匹配 网络
A1
匹配 网络
3dB耦合器
50W
4 50W
3 匹配
G2
网络
MS
PIN PAVS
VSWRIN
1
1
Ga Ga
1
1
1 MS 1 MS
7.2 射频放大电路旳噪声
7.2.1 噪声信号旳特征和分类
1） 2）
热噪声 散粒噪声
PN kTB
3） 闪烁噪声
I 等效噪声温度和噪声系数
PNI=0
R T=0K
有噪声 放大电路
PNO R
（1）若(|S11|<1，则史密斯圆图中心点 （ΓL=0点）在稳定区域内。分2种情况。
① 若输出稳定鉴别圆包括史密斯圆图中心 点（如图7.2（a）所示），ΓL旳稳定区域在输 出稳定鉴别圆内。ΓL旳稳定区域是史密斯圆图 单位圆内输出稳定鉴别圆内旳区域，是图7.2 （a）中旳阴影区。
② 若输出稳定鉴别圆不包括史密斯圆 图中心点（如图7.2（b）所示），ΓL旳稳 定区域在输出稳定鉴别圆外。ΓL旳稳定区 域是史密斯圆图单位圆内输出稳定鉴别圆 外旳区域，是图7.2（b）中旳阴影区。
|GS|1 (b) K<1, |S11|>1, |S22|<1
射频功率放大器与微带电路设计
结 合 功 率 放 大 器 在 无 线 通 信 系统 中 的 大 器 电路 的 设 计 ， 也 需 要 结 合 两 个 结 构 模 放大 器功 率 放 大 级 负载 阻抗 值 进 行 分 析 得
在射 频功 率 放 大器 的功 率 放大 级 模块 设 在 进 行 功 率 放 大 级 设 计 中 ， 结 合 封 装 参 数 进 行 设 计 实现 的 射 频 功 率 放 大 器 的 工 作 频 计 带 以 及 输 出功 率 等 特 点 要 求 ， 以 满 足 射 频
大级 负载 阻抗 的设 计 中 ， 根 据 相 关 理论 ， 在
促 进 在 无 线 通 信 技 术 领 域 中 的推 广 应 用 。
原理分析 ， 在 进 行 射 频 功 率 放 大 器 的 设 计 负 载 阻 抗 与 网 络 匹配 良好 的 情 况 下 ， 负 载 中， 主 要 包 括 射 频 功 率 放 大 器 的 功 率 放 大 阻抗 的共 轭 复数 与 网络 的输 出阻 抗 值 是 相
１ 射 频功率放大器的结构原理分析
功 能 作 用 以及 对 于 无 线 通 信 技 术 的 影 响 ，
级 设 计和 驱动 级 水 ， 此外 ， 对 于射 频 功 率 放 同 的 ， 因此 ， 就 可 以通 过 计算 对 于 射 频 功 率 块的实际需求进行 设计实现的 。 出， 实际上也就 是它的共轭 复数值。 同时 ，
论述 ， 以 提 高 射 频 功 率 放大 器的 设 计 水 平 ， 结 合 上 述 对 于 射 频 功 率 放 大 器 的 结 构
仿真 控 件 的加 入 ， 进行相关数值的确定 ， 以
实现 射 频 功 率 放 大 器 的 功 率 放 大 级 设 计 。 此外 ， 在 进 行 射 频 功 率 放 大 器 功 率 放
射频放大器电路设计
01
02
03
晶体管
选择合适的晶体管类型和 型号，考虑其增益、带宽、 功率容量等参数。
电阻、电容、电感
根据电路需求选择合适的 电阻、电容和电感，确保 电路性能稳定。
调谐网络
根据工作频率和带宽需求， 设计调谐网络以实现最佳 性能。
阻抗匹配
输入阻抗匹配
通过匹配网络将源阻抗与 放大器输入阻抗匹配，提 高信号传输效率。
共集放大器
总结词
共集放大器是一种常用的射频放大器电路设计，具有高输入阻抗、低输出阻抗和电流增 益的特点。
详细描述
共集放大器采用共集电极放大方式，将输入信号通过晶体管基极进行放大，并通过发射 极输出。由于其电流增益较高，适用于对电流变化敏感的信号处理，同时具有较好的输
入阻抗和低输出阻抗性能。
功率放大器
雷达系统用放大器设计
总结词
雷达系统用放大器设计主要关注高输出功率和稳定性 ，以确保雷达系统的探测距离和准确性。
详细描述
在雷达系统用放大器设计中，高输出功率和稳定性是 关键的设计指标。为了实现高输出功率，设计师通常 会选择大功率晶体管和适当的电路结构。同时，为了 提高稳定性，需要采取有效的散热措施和电路保护措 施，以防止放大器过热或损坏。此外，还需要对放大 器的相位噪声、谐波失真等进行优化，以确保雷达系 统的探测距离和准确性。
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输出阻抗匹配
将放大器输出阻抗与负载 阻抗匹配，确保最大功率 传输。
共轭匹配
采用共轭匹配方式，使信 号在传输过程中保持恒定 幅度和相位。
噪声与增益
噪声系数
分析电路中噪声的来源，如热噪 声、散弹噪声等，并采取措施降 低噪声系数。
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射频功率放大器与微带电路设计
摘要：功率放大器作为无线通信系统中核心部件，对于无线通信系统的通信质量有着突出的作用和影响，尤其是随着无线通信技术的发展以及移动通信用户数量的不断增加，进行功率放大器及其电路的设计研究，具有十分突出的作用意义和影响。
本文将以射频功率放大器为例，在对于射频功率放大器的工作原理分析基础上，采用ADS 软件进行射频功率放大器及其电路的设计分析，以促进射频功率放大器在无线通信领域中的推广应用。
关键词：射频功率放大器电路设计无线通信设计
在无线通信技术领域中，GaN高电子迁移率晶体管作为最新的半导体功率器件，由于其本身具有宽禁带以及击穿场强高、功率密度高等特征优势，在高频以及高功率的功率器件中具有较为突出的适用性，在电子信息系统性能提升方面具有较为明显和突出的作用优势，在无线通信技术领域的应用比较广泛。
针对这一情况，本文在进行射频功率放大器及其电路的设计中，专门采用ADS仿真软件对于射频功率放大器及其电路的设计进行研究分析，并对于仿真设计实现的射频功率放大器在无线通信技术领域中的应用和参数设置进行分析论述，以提高射频功率放大器的设计水平，促进在无线通信技术领域中的推广应用。
1 射频功率放大器的结构原理分析
结合功率放大器在无线通信系统中的功能作用以及对于无线通信技术的影响，在进行射频功率放大器的设计中，结合要进行设计实现的射频功率放大器的工作频带以及输出功率等特点要求，以满足射频功率放大器的设计与应用要求。
在进行本文中的射频功率放大器设计中，主要通过分级设计与级联设置的方式，首先进行射频功率放大器的功率放大级以及驱动级设计实现，最终通过电路设计对于射频功率放大器的两个不同级进行连接，以在无线通信中实现其作用功能的发挥，完成对于射频功率放大器的设计。
需要注意的是，在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中，主要应用GaN高电子迁移率晶体管进行射频功率放大器功率放大级结构模块的设计实现，同时在功率放大级结构模块的电路设计中，注重对于输出功率保障的设计；其次，在进行射频功率放大器的驱动级结构模块设计中，以C 波段的功率放大模块设置为主，电路设计则以增益提升设计为主，并对于增益平坦度和输出输入驻波进行保障。
如下图1所示，即为射频功率放大器的功率放大级模块设计示意图。
2 射频功率放大器及其电路的设计分析
结合上述对于射频功率放大器的结构原理分析，在进行射频功率放大器的设计中，主要包括射频功率放大器的功率放大级设计和驱动级水，此外，对于射频功率放大器电路的设计，也需要结合两个结构模块的实际需求进行设计实现的。
2.1 射频功率放大器的功率放大级模块设计
在进行射频功率放大器的功率放大级模块设计中，主要采用GaN 高电子迁移率晶体管进行该结构模块的设计实现，需要注意的是，在应用GaN高电子迁移率晶体管进行该结构模块的设计实现中，由于GaN高电子迁移率晶体管目前还不具有较大的信号模型，因此，在进行该结构模块设计中，注意结合实际设计需求进行选择应用。
在进行射频功率放大器的功率放大级结构模块设计中，通过直流偏置仿真设计对于氮化镓管子的静态工作点进行确定，也就是实现氮化镓管子的漏极电流以及漏极偏置电压、栅极偏置电压等参数的确定，在对于上述氮化镓管子静态工作点进行确定后，通过ADS仿真软件实现场效应管直流的仿真设计，同时注意在仿真设计中进行二端口模型的添加，并结合上述GaN高电子迁移率晶体管的信号模型情况，进行S 参数信号的编辑导入，同时进行直流偏置仿真控件的加入，进行相关数值的确定，以实现射频功率放大器的功率放大级设计。
此外，在进行射频功率放大器功率放大级负载阻抗的设计中，根据相关理论，在负载阻抗与网络匹配良好的情况下，负载阻抗的共轭复数与网络的输出阻抗值是相同的，因此，就可以通过计算对于射频功率放大器功率放大级负载阻抗值进行分析得出，实际上也就是它的共轭复数值。
同时，在进行功率放大级设计中，结合封装参数输出端的阻抗模型，设计中为了实现场效应管输出电路匹配的优化，以为输出电路进行准确的负载阻抗提供，还需要在设计过程中将场效应管的
封装参数在输出匹配电路中进行设计体现，因此就需要对于Cds参数值进行求取。
最后，在射频功率放大器功率放大级设计中，偏置电路主要是用于将直流供电结构模块中所提供的电压附加在功率放大器的栅极与漏极中，并实现射频信号以及滤波的隔离和电路稳定实现。
在进行功率放大级的电路设计中，注意使用ADS软件工具对于微带线尺寸进行计算，病毒与全匹配电路进行微带线设计，同时通过栅极偏置电路与漏极馈电电路，以实现功率放大级的电路设计。
此外，在进行功率放大级模块设计中，还应注意对于模块中的任意功率放大芯片，都需要进行相关的稳定性分析，以避免对于射频功率放大器的作用性能产生影响。
2.2 射频功率放大器的驱动级模块设计
在进行射频功率放大器的驱动级模块设计中，主要通过C波段功率放大模块进行该结构模块的设计应用。
其中，在对于驱动级模块的参数设置中，对于输出、输入参数均以内匹配方式进行匹配获取。
对于射频功率放大器的驱动级设计来讲，进行功率放大模块偏置电路的合理设计，是该部分设计的关键内容。
最后，在进行射频功率放大器的电路设计中，在进行功率放大模块电路设计中，GaN HEMT结构部分需要进行栅压的增加设置，并且需要注意栅压多为负压，在此基础上还需要进行漏压增加设置。
值
得注意的是，在进行射频功率放大器的偏置电路设计断开同时，对于栅压和漏压的断开顺序刚好相反，以避免对于功放管造成损坏。
3 结束语
总之，射频功率放大器作为无线通信技术领域的重要器件，对于无线通信技术的发展以及通信质量提升都有重要作用和影响，进行射频功率放大器及其电路的设计分析，具有积极作用和价值意义。
参考文献
[1]沈明，耿波，于沛玲.一种射频大功率放大器电源偏置电路设计方法[J].中国科学院研究生院学报.2006（1）.
[2]陈玉梅，钱光弟，龚兰.30MHz-512MHz宽带功率放大器的研制[J].中国测试技术.2007（2）.
[3]张雷，洪伟，周健义，翟建锋.3.5 GHz WiMAX射频功率放大器的实现及其预失真模型[J].东南大学学报（自然科学版）.2010（6）.。