射频功率合成的原理
调频发射机的功率合成与维护
图１ ３ ｄＢ定向耦合器的工作原理
由电磁感应定律可知，当两条平行的传输线的间隔逐渐缩小时，主线和副线之间发生电磁耦合，主线中的功率耦合到副线，副线中的功率也耦合到主线。
1-2是主线，3-4是副线，长度是中心频率的1/4波长，端口1与4同相，端比端口4滞后90°，端口3是隔离输出端，引至隔离电阻，当端口2与端口4输入等功率正交信号时，端口
出为0，在端口1得到合成功率输出。
2为直通端，4耦合端，3为隔离端。
由于耦合输出的能量具有方向性，故称它为定向耦合器；由于2、4端输入相等的功率时，1端输出的功率增加一倍，故称其为3 dB定向耦合器。
４ ３ｄＢ定向耦合器的技术要求
239。
射频源原理
射频源原理射频源是无线通信系统中的重要组成部分，它负责产生和发射射频信号。
射频源的原理涉及到射频信号的产生、放大和调制等过程。
本文将围绕射频源原理展开阐述，介绍射频源的工作原理和相关技术。
一、射频信号的产生射频信号的产生依赖于振荡器的工作。
振荡器是一种电路，能够产生稳定的射频信号。
常用的振荡器有晶体振荡器和压控振荡器等。
晶体振荡器利用晶体的谐振特性产生稳定的射频信号，而压控振荡器则通过改变电压来调节输出频率，可以实现频率的调谐。
二、射频信号的放大为了满足通信系统的要求，射频信号需要经过放大器进行放大。
放大器是一种电子器件，能够将输入信号的功率放大到一定的水平。
常用的射频放大器有功率放大器和低噪声放大器等。
功率放大器主要用于将射频信号的功率放大到足够的水平，以保证信号在传输过程中不会衰减过大。
低噪声放大器则用于增加射频信号的信噪比，以提高通信系统的接收灵敏度。
三、射频信号的调制射频信号的调制是为了将信息信号转换成射频信号，以便在无线通信中传输。
常用的射频调制技术有幅度调制、频率调制和相位调制等。
幅度调制是通过改变射频信号的幅度来传输信息；频率调制是通过改变射频信号的频率来传输信息；相位调制则是通过改变射频信号的相位来传输信息。
这些调制技术可以根据具体的通信系统要求来选择和应用。
四、射频信号的辅助处理在射频源中，还会进行一些辅助处理来保证信号的质量和稳定性。
常见的辅助处理技术有频率合成、频率稳定和频率分割等。
频率合成是指将多个不同频率的射频信号合成成一个复合信号，以满足特定的通信要求；频率稳定是通过使用稳定的参考信号来保证射频信号的稳定性；频率分割则是将射频信号按照不同的频率范围进行分割，以便在不同的频段进行传输和处理。
射频源的原理涉及到射频信号的产生、放大和调制等过程。
通过振荡器产生稳定的射频信号，放大器将信号功率放大到合适的水平，调制器将信息信号转换成射频信号，辅助处理保证信号的质量和稳定性。
这些原理和技术的应用使得射频源成为现代无线通信系统中不可或缺的组成部分。
高频课件功率合成技术
U&= 1/2 (4 RC R&D ) I A + 1/2 (4 R&C + RD ) IB (3-2-10)
功率合成技术
RD=4RC
(3-2-11)
则: A端输入电压仅与A端电流有关， 而与B端无关； B端输入电
压仅与B端电流有关， 而与A端无关。每个功率放大器的等效负
载均为4RC或RD，即两路功率放大器的等效负载及相应的输出功 率互不影响。我们把式(3-2-11)称为A端与B端的隔离条件，RD称 为同相功率合成时的匹配电阻或假负载。在极限情况下，有一 路功率放大器损坏时，另一路功率放大器仍能正常工作，其输
I&
＋
RD
U&S
－
B I&B
D
图 3-8 C端激励混合网络
功率合成技术
由上式可知，当RA=RB=R时，ID=0 ，则 I A + IB = I = 1/2 IC
， 表明D端（Δ端）没有获得功率，而A端和B端获得同样的 功率， 即C端激励的功率在A端和B端等分， 并且同相。
当取信号源内阻RC=RA∥RB=R/2时， RA和RB上流过的电流及 获得的功率分别为：
功率合成技术
4) A端、B 如图3-10(b)所示，当A端、B端同时激励反相功率时，
I&A = I&B = Ii&,U&A = UB&= Ui&, A点、 B点电流满足：
I&= I&A I&D , I&= I&D IB&, (注意：图3-10(b)与图3-10(a)的B点
电压、 电流反相。) 那么有
功率合成技术
3.2 功率合成原理
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。
射频功率合成
实现理想功率合成的关 键是魔T型混合网络 （Hybrid Circuit）。魔T型 混合网络有四个端点，分别 是A端、B端、C端和D端， 如图7.4.2所示。它的作用是：
图7.4.2 功率合成示意图
1．C端为同相功率合成端。当A、B两端输入等值
同相功率时，C端负载 RC 上获得两输入功率的合成，
而D端负载 RD 上无功率输出。
将上面两式相加或相减，分别得到 1 I a Ib 2I I c 及 I d ( I a Ib ) 2 设AO、BO两臂的 信号源的正负极性如图 7.4.4（a）所示，称之 为同相源，则此时电流
I a、 b 为正。 I
图7.4.4 功率合成网络
7.4.1
I 由于电路对称，所以 I a I b，则 I c 2I a 2Ib， d 0
们的作用是完成阻抗匹配。晶体管发射极接入1.1
的负反馈电阻，用来提高晶体管的输入阻抗。各基极串
7.4.1
联的22 电阻作为提高输入电阻与防止寄生振荡之用。
D端所接的200 与400 电阻是 Tr1与Tr 6的假负载电阻。
在同相功率合成器中，由于偶次谐波在输出端是相 加的，因此输出中有偶次谐波存在，这是不如反相功率 合成电路的地方（反相功率合成电路中的偶次谐波在输
既可以作功率分配，又
可作功率合成，因此称 之为魔T网络。
图7.4.3 魔T网络
7.4.1
一．魔T网络的结构特点 魔T网络由4：1传
输线变压器和相应的
AO、BO、CO、DD四 条臂组成，其中DD臂 是平衡臂，臂的两端均 不接地。
图7.4.3 魔T网络
传输线变压器的特性阻抗 Z C 和每条臂上的阻值（负载 电阻或信号源内阻）满足以下关系：
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
03
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
射频电路结构和工作原理
射频电路结构和工作原理一、射频电路组成和特点：普通手机射频电路由接收通路、发射通路、本振电路三大电路组成。
其主要负责接收信号解调；发射信息调制。
早期手机通过超外差变频（手机有一级、二级混频和一本、二本振电路），后才解调出接收基带信息；新型手机则直接解调出接收基带信息（零中频）。
更有些手机则把频合、接收压控振荡器（RX—VCO）也都集成在中频内部。
RXI-PRXQ-PRXQ-N（射频电路方框图）1、接收电路的结构和工作原理：接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息（RXI-P、RXI-N、RXQ-P、RXQ-N）；送到逻辑音频电路进一步处理。
1、该电路掌握重点:（1）、接收电路结构。
（2）、各元件的功能与作用。
(3)、接收信号流程。
电路分析:（1）、电路结构。
接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管（低噪声放大器）、中频集成块（接收解调器）等电路组成。
早期手机有一级、二级混频电路，其目的把接收频率降低后再解调(如下图)。
（接收电路方框图）（2）、各元件的功能与作用。
1)、手机天线：结构：（如下图）由手机天线分外置和内置天线两种；由天线座、螺线管、塑料封套组成。
塑料封套螺线管（外置天线）（内置天线）作用：a)、接收时把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号。
b)、发射时把功放放大后的交流电流转化为电磁波信号。
2)、天线开关：结构：（如下图）手机天线开关（合路器、双工滤波器）由四个电子开关构成。
900M收收GSM900M收控收控900M发控GSM900M发入GSM（图一）（图二）作用：其主要作用有两个：a ）、 完成接收和发射切换；b ）、 完成900M/1800M 信号接收切换。
逻辑电路根据手机工作状态分别送出控制信号（GSM-RX-EN ；DCS- RX-EN ；GSM-TX-EN ；DCS- TX-EN ），令各自通路导通，使接收和发射信号各走其道，互不干扰。
射频电源功率合成
射频电源功率合成
功率合成器的设计需要考虑以下几个关键要素：
1.功率放大器：功率放大器负责将输入的低功率信号放大到
所需的输出功率水平。
常见的功率放大器包括晶体管放大器、
管子放大器等，选择适合的功率放大器需要考虑输出功率要求、频率范围、线性度以及功率效率等因素。
2.功率分配器：功率分配器的作用是将输入的射频信号平均
分配给多个功率放大器，保证每个功率放大器工作在相同的输
入功率水平。
常见的功率分配器有功分器（PowerSplitter）
和功率耦合器（PowerCoupler）。
功分器将输入功率均匀分
配到多个输出端口，而功率耦合器则将功率传输到一个主要输
出端口并耦合到其他输出端口。
3.反射损耗：功率合成器在设计中需要考虑信号的反射损耗。
反射损耗会导致功率在功率合成器内部被反射回功放器，降低
合成输出功率，并可能损坏功率放大器。
为了减少反射损耗，
常见的做法是采用匹配网络或反射损耗补偿技术来提高整个系
统的匹配性能。
4.相位平衡：在功率合成器中，不仅需要考虑功率的合成，
还需要注意信号的相位平衡。
相位平衡是指合成过程中各个信
号之间的相位关系保持一致，避免信号之间的干扰和相位差引
起的功率损失。
为了实现相位平衡，可以采用相位校正器或相
位补偿器来调整各个分支的信号相位。
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射频功率合成的原理
作者：王保梁
来源：《电子技术与软件工程》2018年第06期
摘要在广播电视事业的发展进程中，大功率全固态发射机以其体积小，结构设计紧凑、运行稳定和高效可靠的特点，已成为发射机市场的主流。
【关键词】发射功率分配网络功率合成
在发射机中，要获得较大的发射功率，单个电子器件所能输出的功率无法满足需要，所以在功放单元必须采用功率合成技术。
功率合成技术就是利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大，然后设法将各个功放的输出信号相加，这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率。
1 功率合成的特性
利用功率合成技术可以获得几百瓦甚至上千瓦的高频输出功率。
理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能，还必须在其输入端使与其相接的前级各率放大器互相隔离，即当其中某一个功率放大器损坏时，相邻的其它功率放大器的工作状态不受影响，仅仅是功率合成器输出总功率减小一些。
即一个良好的功率合成网络也应具有两个特性：
（1）功率叠加且合成时功率损耗最小;
（2）隔离特性，即两个合成源放大器互不影响工作状态。
图1为采用7个功率增益为2，最大输出功率为10 W的高频功放，利用功率合成技术，可以获得40W的功率输出。
其中采用了3个一分为二的功率分配器和3个二合一的功率合成器。
功率分配器的作用在于将前级功放的输出功率平分为若干份，然后分别提供给后级若干个功放电路。
很显然，讨论功率合成技术，首先应该讨论功率分配和功率合成网络。
2 功率合成与分配网络
利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器，且具有频带宽、结构简单、插入损耗小等优点，然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。
图2所示的网络即具有上述特性，既可以作功率分配，又可作功率合成。
2.1 网络结构特点
图2网络由4：1传输线变压器和相应的AO、BO、CO、DD四条臂组成，其中DD臂是平衡臂，臂的两端均不接地。
传输线变压器的特性阻抗Ze和每条臂上的阻值满足以下关系：
Zc=Ra= Rb= Re
Rc=l/2 R Rd=R
2.2 网络功能
2.2.1 功率分配
（1）同相分配。
信号源接在co臂，图3 （a）。
其输出功率同相地（见图3中Ia、Ib方向，均流向地）平均分配给AO、BO臂上的负载，DD臂上无电流。
即CO臂与DD臂相互隔离。
由电路可知，当Ra= Rb=R时，电路对称，VA=VB因而Id =O。
己知传输线变压器的始端电压与终端电压相等，即VCA=VBA，而VB-VA=VBC-VCA，所以必有VCA= VBC=O，传输线上无电压。
可将传输线变压器的A、B、C三个点短路，得到图3 （b）电路。
可见在规定的各臂阻值条件下，信号源与负载匹配，co臂上信号源输出额定功率，AO、BO上获得同相等功率信号：
（2）反相分配。
信号源接在DD臂，见图4。
其输出功率反相地（见图4（a）中Ia、lb 方向）分配给AO、BO臂上的负载，00臂上无电流。
由电路可知，当Ra= Rb=R时，电路对称，VC=VD，IC=O。
由于传输线上两电流相等，因此有I+I= IC=O，传输线上无电流。
可将传输线开路，得图4 （b）等效电路。
可见在规定的各臂阻值下，信号源与负载匹配。
信号源输出额定功率，AO、BO上获得反相等功率输出。
2.2.2 功率合成
见图5所示。
AO、BO上接有相同的信号源Va=Vb=V，且内阻为R。
设各臂的电流方向如图示，则有
Ia=l+lbld=l-Id
将上面两式相加或相减，分别得到
Ia+lb=21=1e及Id=l/2 （Ia-Id）
设AO、BO两臂的信号源的正负极性如图5 （a）所示，称之为同相源，则此时电流Ia、Ib、为正。
由于电路对称，所以Ia=lb，则Id=0。
可见与同相分配时的道理一样，可以将电路等效为图5 （b）所示。
CO臂上的1/2R可以看作两个电阻R的并联，所以AO、BO两支路上的信号源均工作于匹配状态，输出额定功率。
Pco=PAO+PB0=2V2/4R
鉴于AO、BO为同相源，故称为同相功率合成。
若AO、BO两臂的信号源为反相源，则Ib为负，因此
Ic=21=0
传输线上无电流，可将其开路，得到图5（C）。
Id=la.AO、BO两臂上的两信号源工作于匹配状态，它们的输出功率在DD臂上合成。
输出功率为
PDO=PAO+PB0=2V2/4R
鉴于AO、BO为反相源，故称为反相功率合成。
2.2.3 隔离特性
由功率分配的特性中可以看出co臂与DD臂是互相隔离的。
可以证明，功率合成与分配网络的AO臂和BO臂同样也是互相隔离的。
此隔离特性的含义是：在功率合成时，AO、BO 两臂中任何一臂发生变化，不影响另一臂的工作状态，即不影响它的负载情况，因而仍输出额定功率。
在功率分配时，两臂中的任一臂变化，不影响另一臂得到的功率大小。
下面简单证明此特性。
（1）功率合成时的隔离。
若AO上接信号源Va，见图6（a）。
可以证明Va在BO臂上不产生电流。
将电路在B、O两点断开，如图6（b）所示，求开路电压VBO。
由传输线变压器的4：1阻抗变换功能，将图6 （b）等效为图6（c）。
由于AC和CO支路电阻相等则有
VAC=VCO。
由于传输线变压器的始、终端电压相等，即VCA=VBC。
所以有
VBO=VBC+VCO=-VAC+VCO=O。