射频功率放大器
射频功率放大器
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功率放大器的A、B、C类对比
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-D
D类放大器
效率100% 实际中不存在
工作在开关状态
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-E
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-F
负载网络不仅在载波频率上发生谐振，在一个或者多个谐波频率上也发生谐振。
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-A
微波单片集成电路
Vo,max<=Vcc 共轭匹配情况下， 最大功放效率为 25%。
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功率放大器的分类-A
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-B
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-B
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-B
输出电流基波分量 输出电流二次谐波 输出电流三次谐波
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-F
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-F
微波单片集成电路
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功率放大器的分类-F
占空比50%的方波只有基波和奇次谐波。 微波单片集成电路
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功率放大器的分类-F
最大漏极电压是电源电压的2倍: 2Vdd
输出阻抗一般恒定。阻抗匹配难 度小。
输出阻抗随着电压和电流改变， 属于非线性阻抗，阻抗匹配难度 大。
微波单片集成电路
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射频功率放大器概述
小信号放大器------》电压增益 功率放大器--------》功率增益 没有电压增益并不能说明没有功率增益
射频功率放大器
射频功率放大器射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。
在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。
为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。
目录一、什么是射频功率放大器二、射频功率放大器技术指标三、射频功率放大器功能介绍四、射频功率放大器的工作原理五、射频放大器的芯片六、射频功率放大器的技术参数七、射频放大器的功率参数八、射频功率放大器组成结构九、射频功率放大器的种类正文一、什么是射频功率放大器射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。
射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。
除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。
射频功率放大器是对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题作综合考虑的电子电路。
在发射系统中，射频功率放大器输出功率的范围可以小至mW，大至数kW，但是这是指末级功率放大器的输出功率。
为了实现大功率输出，末前级就必须要有足够高的激励功率电平。
射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，是研究射频功率放大器的关键。
而对功率晶体管的要求，主要是考虑击穿电压、最大集电极电流和最大管耗等参数。
为了实现有效的能量传输，天线和放大器之间需要采用阻抗匹配网络。
二、射频功率放大器技术指标1、工作频率范围一般来讲，是指放大器的线性工作频率范围。
如果频率从DC开始，则认为放大器是直流放大器。
2、增益工作增益是衡量放大器放大能力的主要指标。
增益的定义是放大器输出端口传送到负载的功率与信号源实际传送到放大器输入端口的功率之比。
增益平坦度，是指在一定温度下，整个工作频带范围内放大器增益的变化范围，也是放大器的一个主要指标。
3、输出功率和1dB压缩点(P1dB)当输入功率超过一定量值后，晶体管的增益开始下降，最终结果是输出功率达到饱和。
射频功率放大器简介介绍
在无线通信系统中，射频功率放 大器将基带信号转换为高频信号 ，并将其放大到足够的功率水平 ，以便通过天线进行传输。
射频功率放大器的分类
01
02
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按工作频率
可分为低频射频功率放大 器、高频射频功率放大器 、微波射频功率放大器等 。
按用途
可分为通用射频功率放大 器和专用射频功率放大器 。
按功率等级
频率范围与相位噪声
RF2301的工作频率范围为1.7 to 2.6 GHz， 相位噪声性能在偏离中心频率10 kHz时为85 dBc/Hz。
该芯片在无线通信系统中的应用与测试结果
应用场景
01
RF2301适用于多种无线通信系统，如蓝牙、Wi-Fi和
Zigbee等。
测试环境与配置
02 在实验室环境中，使用信号源、频谱分析仪和功率计
制造难点
由于射频功率放大器的工作频率较高 ，因此对芯片的设计和制造工艺要求 较高，同时对封装材料和形式也有特 殊要求。
解决方案
采用先进的芯片制造技术和高品质的 封装材料，优化设计以降低寄生效应 ，提高性能和可靠性。
05
射频功率放大器的发展趋势与 展望
射频功率放大器的发展趋势与展望
• 射频功率放大器是一种用于将低功率信号放大到高功率信号的电子设备，广泛应用于通信、雷达、电子战等领 域。下面将对射频功率放大器的基本概念、发展历程、研究热点、发展趋势和未来研究方向进行详细介绍。
电子战系统需要使用射频功率放大器来放大干扰信号，以干扰 敌方通信和雷达系统。
一些医疗设备需要使用射频功率放大器来放大微弱信号，以便 进行精确的诊断和治疗。
02
射频功率放大器的基本原理
射频功率放大器的电路组成
高频功率放大器简介
高频功率放大器简介
高频功率放大器，又称射频功率放大器，是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。
高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器大多工作于丙类。
但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
一、高频放大器的特点
1. 采用谐振网络作负载。
2. 一般工作在丙类或乙类状态。
3. 工作频率和相对通频带相差很大。
4. 技术指标要求输出功率大、效率高。
二、高频功率放大器的技术指标
主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。
这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。
射频功率放大器电路结构
➢ 对于正弦信号输入时，iC由直流分量ICQ和交流分量iL 组成，即令iC=ICQ+iL，其中交流分量iL=ILmsint，而 I的Lm输≤I出CQ功。率设P实o际为负载RL=最佳负载Ropt ，则A类功放
Po
IL2m
RL
≤
1 2
IC2Q
➢ 为了输出大的功率，一般采用如下措施：集电极采用 扼流圈（或线圈）馈电；让晶体管工作于可能的最大 输出功率状态；在实际负载RL和最佳负载Ropt间采用 一个阻抗变换网络，使放大器输出最大功率。
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➢ 对于A类射频功率放大器，为使功率管能有最大交流
信号摆幅，从而获得最大输出功率，需要将直流工作 点Q选择在交流负载线的中点，如图3.2.1（b）所示。
➢ C类功放电路的输出功率Po为
Po
1 2
I
2 Lm
RL
1 2 Vcm ILm
（I38c2.m2R.1L1(）2
sin 2 )2
式中，ILm为集电V极cm电Icm流(i2C中的si基n 2波 )分量，有
4
2
ILm
0
(Icm
cost
（3.2.12）
ID )costd(t)=
Icm 2
(2
sin
8 2
％81 （3.2.6）
➢ 可见，A类射频功率放大器在方波工作时的最大效率 比正弦工作时的理想效率还高出31％。如果把LC回 路调谐在n次谐波上，就可实现n次倍频。但效率将随 次数n很快下降，即n=8/n22。
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3.2.3 B类射频功率放大器电路
射频功率放大器简介(1)
匹配设计
成功地设计微波功率放大器的关键是设计阻抗匹配网络。在任 何一个微波功率放大器设计中，错误的阻抗匹配将使电路不稳定，同 时会使电路效率降低和非线性失真加大。在设计功率放大器匹配电路 时，匹配电路应同时满足匹配、谐波衰减、带宽、小驻波、线性及实 际尺寸等多项要求。当有源器件一旦确定后，可以被选用的匹配电路 是相当多的，企图把可能采用的匹配电路列成完整的设计表格几乎是 不现实的。
ηadd= （射频输出功率-射频输入功率）/ 直流输入功率 ηadd称为功率放大器的功率附加效率，它既反映了直流功率转换成射频功率的 能力，又反映了放大射频功率的能力。很明显，用功率附加效率ηadd衡量功率 放大器的功率效率是比较合理的。
主要性能指标
6. 饱和输出功率 和 1dB压缩点 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P1dB放大器参数表示。典型情况下，当功率超过P1dB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P1dB大 3-4dB。
匹配设计
③低损耗。在大功率放大器中，由于输出功率较大，输出电路有一点损耗 就会有较大功率损失，并且，在输出电路板上转成热耗，从而使电路的可 靠性变差。例如，连续波输出功率为200W，输出匹配电路损耗为1dB，则 耗散在输出匹配电路上的功率高达40W以上。输出功率越大，输出匹配电 路上所耗散的功率越大。因此，在设计大功率放大器时，应该尽可能减小 输出匹配电路的损耗。 ④线性。由非线性分析知道，功率放大器的三阶交调系数是与负载有关的， 因此在设计输出匹配电路时，必须考虑线性指标的要求。 ⑤效率。功率放大器的效率除了取决于晶体管的工作状态、电路结构、负 载等因素外，还与输出匹配电路密切相关。要求输出匹配电路保证基波功 率增益最大，谐波功率增益最小，损耗尽可能小和良好的散热装置。
射频功率放大器的工作原理
射频功率放大器的工作原理
功率放大器又称为放大器，是一种电子元件，可将信号的功率放大，一般指交流电的功率放大。
由于其输出功率大，输出功率的大小取决于器件的阻抗和负载。
通过选择合适的参数可在输出端得到较高的输出功率。
射频功率放大器是一种具有多功能的电子设备，其主要作用是放大信号，具有增益高、线性度好、效率高等优点，在现代通信中得到了广泛应用。
在发射机系统中，射频功率放大器是用来提高发射机输出信号的功率和放大所需电压；在接收机系统中，射频功率放大器是用来提高接收机输出信号的功率和放大所需电压。
射频功率放大器一般是由带通滤波器、匹配网络、功放电路、控制器和电源五部分组成。
通常采用全波仿真软件进行仿真分析。
电路中有一个或多个放大器构成。
通常情况下，一个放大器通常由两个晶体管构成，每个晶体管有四个极（四个发射极），一个
与直流偏置电压相连的电源和一个与负载相连的输出级（图1）。
另外两个晶体管则与输入级和输出级相连。
—— 1 —1 —。
第3章---射频功率放大器
图3.17 阻抗匹配网络的连接 图3.18 功率放大器组成框图
对阻抗匹配网络的基本要求是 1)将负载阻抗变换为与功放电路的要求相匹配的负载
阻抗，以保证射频功放电路能输出最大的功率。 2)能滤除不需要的各次谐波分量，以保证负载上能获
得所需频率的射频功率。 3)网络的功率传输效率要尽可能高，即匹配网络的损
可以采用同轴电缆、带状传输线、双绞线或高强度的 漆包线，磁心采用高频铁氧体磁环(MXO)或镍锌(NXO)。 频率较高时，采用镍锌材料。磁环直径小的只有几毫 米，大的有几十毫米，选择的磁环直径与功率大小有 关，一个15W功率放大器需要采用直径为10～20mm 的磁环。传输线变压器的上限频率可高达几千兆赫， 频率覆盖系数可以达到104。 一个1∶1的倒相传输线变压器的结构示意图如图3.23 所示，采用2根导线(1～2为一根导线，3～4为另一根 导线)，内阻为RS的信号源uS连接在1和3始端，负载 RL连接在2和4终端，引脚端2和3接地。
耗要小。 常用的射频功率放大器匹配网络有L形、π形和T形，有
时也采用电感耦合匹配网络。根据匹配网络的性质， 可将功率放大器分为非谐振功率放大器和谐振功率放 大器。非谐振功率放大器匹配网络采用高频变压器、 传输线变压器等非谐振系统，它的负载阻抗呈现纯电 阻性质。而谐振功率放大器的匹配网络是一个谐振系 统，它的负载阻抗呈现电抗性质。
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射频功率放大器
随着绿色环保、低碳经济理念在全球不断的推广深入人心，运营商对于移动通信基站的效率提出了越来越高的需求。
与此同时，由于移动通信市场数据业务的飞速增长，移动通信基站的带宽要求也从最初的20MHz向
40MHz、60MHz直至100MHz一路攀升，未来的5G系统甚至需要1GHz。
而在基站设备中，射频功放的能耗占到总能耗的60%左右，因此，大带宽、高效率、小体积，轻重量、低成本的射频功率放大器成为了未来移动运营商降低OPEX(运营成本)、实现绿色节能的最为有效的手段。
目前，整个业界移动通信基站使用的基本上都是基于LDMOS技术射频功率放大器。
LDMOS技术自上世纪九十年代应用于移动通信基站射频功率放大器应用以来，以其优异的性能迅速占领了几乎全部的2G和3G市场份额。
全球每年用于移动通信基站的射频功率器件的销售数量大约一亿只，并且还在逐年的增加。
由于这样巨大的市场份额支撑使LDMOS射频功率器件的成本迅速降低，目前已达到$0.1/W的水平。
更为遗憾的是LDMOS射频功率器件的市场多年来一直被Freescale、NXP和Infineon三家欧美公司垄断，其中Freescale占据55%左右，NXP占据30%左右，Infineon占据15%左右的市场份额(图1是国际权威的调研机构ABI Research发布的移动通信基站射频功率器件2013年的调查数据)。
面对如此巨大的市场需求，而我国的半导体企业却难以与其争锋、有所作为。