射频放大电路设计
|GL|1
|GL|1
输出稳定圆 |S11|<1
输入稳定圆 |S22|<1
绝对稳定条件
7.1.1 放大电路稳定性分析
标出稳定的源反射系数取值的区域。实线 的圆表示|GS|=1，虚线的圆表示|GOUT|=1的 输入稳定圆，其他条件已经在图上标明。
|GOUT|1 |GOUT|1
|GS|1 |GS|1
第七章 射频放大电路设计
第七章 射频放大电路设计
7.1 小信号射频放大电路 7.2 射频放大电路的噪声
7.3 宽带放大电路 7.4 功率放大电路
7.2.1 噪声信号的特性和分类 7.2.2 等效噪声温度和噪声系数 7.2.3 等噪声系数圆
7.5 射频放大电路综合分析设计
补偿匹配网络
7.3 宽带放大电路
2）
T1 匹配 网络 匹配 网络
平衡放大
3dB耦合器 1 50W Z0 Z0
2 Z0 2
3dB耦合器 RFIN 1 2
Z0 2
T2 4 50W 3 匹配 网络
匹配 网络
2 Z0 2
RFOUT 4 Z0
Z0
3 Z0
7.3 宽带放大电路
3）
R2
负反馈放大电路
B rbe VBE E R1 R1 R2 C gmVBE
7.1.1 放大电路稳定性分析
RL CL |GIN|1 |CL| |CL| |GL|1 |GIN|1 |GL|1 |GIN|1 RL CL |GIN|1
|S11|<1
|S11|>1
临界稳定园，稳定区域
7.1.1 放大电路稳定性分析
RL CL |CL| |GIN|1 RS |CS| CS |GOUT|1
7.1.4 放大电路的增益
2. 单向传输情况
max
GT
GS
max
GO GL
max
1 1 S11
2
S 21
2
1 1 S22
2
1 1U
2
GT 1 GTU 1 U
2
7.1.4 放大电路的增益
3. 双向传输情况
1 1 G MS
2
GT max
S21
2
1 G ML
2 2
1 S 22 G ML
2 B1 B12 4 C1 G G MS S 2C1 2 B2 B2 2 4 C2 G L G ML 2C2
7.1.4 放大电路的增益
4. 输入和输出驻波系数
进入输入匹配电路的功率 PIN 与信号源可以输出的最大功率 PAVS 之比， 定义为输入端口 的失配系数
（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 若输出稳定判别圆包含史密斯圆图中心 点（如图7.2（a）所示），ΓL的稳定区域在输 出稳定判别圆内。ΓL的稳定区域是史密斯圆图 单位圆内输出稳定判别圆内的区域，是图7.2 （a）中的阴影区。
② 若输出稳定判别圆不包含史密斯圆 图中心点（如图7.2（b）所示），ΓL的稳 定区域在输出稳定判别圆外。ΓL的稳定区 域是史密斯圆图单位圆内输出稳定判别圆 外的区域，是图7.2（b）中的阴影区。
ZL
7.1.1 放大电路稳定性分析
放大电路绝对稳定：
G IN 1 GOUT 1 对于任何 GS 1 GL 1
•放大电路有条件稳定：
G IN 1 GOUT 1 对于一定范围内的G S 和G L
7.1.1 放大电路稳定性分析
PIN MS PAVS
VSWRIN
1 Ga 1 Ga
1 1 M S 1 1 M S
7.2 射频放大电路的噪声
7.2.1 噪声信号的特性和分类 1） 热噪声 PN kTB 2） 散粒噪声 3） 闪烁噪声
I N rms 2qI DC B
7.2.2 等效噪声温度和噪声系数
Re Z S Z IN 0 Re Z L Z OUT 0
T R T R
7.1.4 放大电路的增益
转换功率增益： 工作功率增益： 可用功率增益：
GT PL 负载吸收的功率 PAVS 信号源的可用功率
PL 负载吸收的功率 GP G PIN 输入到网络的功率 PAVN 网络的可用功率 GA PAVS 信号源的可用功率
G IN S12 S21G L S11 1 S22 G L
GOUT S12 S21G S S22 1 S11G S
S12 S 21G L 1 S11 1 S 22 G L S12 S 21G S S 22 1 S G 1 11 S
(a) K<1, |S11|>1, |S22|<1
(b) K<1, |S11|>1, |S22|<1
7.1.2 绝对稳定的充要条件
K 1 1 S11
S11 S 22 S12 S 21 K 1 S11 S 22
2 2 2
2
S12 S 21 1 S 22 S12 S 21
7.4.2 B类和C类功率放大电路
Vout
Vout
Vin Vin t
Vout T 正偏置
t
Vin Vin t
Vout T 正偏置
t
Vout
Vout
Vout Vin t Vin t T 负偏置
t
Vin Vin t
Vout T 零偏置
7.4.2 B类和C类功率放大电路
IC1 VC T1 Vin Vin t IC2 T2 -VC Vout RL IC1 IOUT t 交越失真 Vout t
7.4.1 A类功率放大电路
对于A类放大电路定义输出信号有效的功 率范围为放大电路的动态范围
DR P Po, mds dB 1dB
噪声底的功率Po,mds
Po, mds dBm 10 log GA kT0 BF 3dB 174 dBm 10 log B GA dB F dB 3dB
7.1.1 放大电路稳定性分析
RL CL |CL| |GIN|1 |CS| CS RS |GOUT|1
|GL|1
|GS|1
GL平面
GS平面
临界稳定圆
稳定性要求：
1、 L 1,即单位园以内。 G 2、 in 1所确定的GL区域，称为“输出端稳定判据园”。 G 当GL 0时，由7.6式可得 Gin S11 ，11 1则稳定，11 1 S S 则不稳定。 这就是说，当 S11 1 时便有GL 0的点位于稳定区，GL 0 的点位于稳定园 Gin 1以内 ，参见图7.（a）的阴影区。 2 当 S11 1 时便有GL 0的点位于不稳定区，即Gin 1, 参见 图7.（c）。显然其中阴影区为稳定区。 2 同理，可以判断7.（b）、.（d）在图上注明稳定区条件。 2 72 ,
A A
P2 P3
P Pi
i 1
N
A
P4
A
PN-1 功率 合成 PN-1+PN
功率 合成
A
PN
7.4.3 功率合成放大电路
Pi/N Pi/N Pi/N A G1Pi/N G2Pi/N G3Pi/N G4Pi/N
A A
Pi
功率 分配
Pi/N
Pi N P Gi N i 1
功率 合成
A
S12 0.02531
0.02935 0.04044 0.06448
S21 11.8102
6.1189
S22 0.429 35
0.365 34 0.364 43 0.423 66
3.0674
1.5353
7.1.3 潜在不稳定情况
T R T R
同理得到：
GS
S
11
S
2
* * 22 2
S11
S12 S21 S11
2 2
根据 Gin 1和 Gout 1所求得的GL稳定园和Gs稳定园， 称为稳定判据园。 与原本的GL园、Gs园（称为SMITH园）不同，圆心和 半径都不同。可以自行比较。 前者表示稳定条件，后者表示实际条件，两者对比 即可判断实际系统是否稳定。
IC2 t
互补B类放大电路的基本电路
7.4.2 B类和C类功率放大电路
VC RFC IC t T RFC -VBB L C 谐振选频网络 t Vout(t) Vout
Vin Vin(t) t
IC
C类基本放大电路
7.4.3 功率合成放大电路
A P1 功率 合成 P1+P2 功率 合成 功率 合成 P3+P4 功率 合成
有噪声 放大电路
PNI=0
PNO
R
R T=0K
T=T GA, B, TS 2 R T=T1
K RL
有噪声 放大电路
PNO
无噪声 RL 放大电路
GA, B, TS PNI
PNO RL
R T=Te
GA, B, TS
7.2.2 等效噪声温度和噪声系数
PNO T F PNO I PSI SNR IN PNO T PNI PSO G A PNI SNR OUT PNOT
7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4
A类功率放大电路 B类和C类功率放大电路 功率合成放大电路 功率放大的交调失真
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。
射频低噪声放大器电路设计详解
射频低噪声放大器电路设计详解射频LNA 设计要求：低噪声放大器（LNA）作为射频信号传输链路的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为高性能射频接收电路的第一级LNA 的设计必须满足：（1）较高的线性度以抑制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪声;（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为50Ω;（4）尽可能低的功耗，这是无线通信设备的发展趋势所要求的。
InducTIve-degenerate cascode 结构是射频LNA 设计中使用比较多的结构之一，因为这种结构能够增加LNA 的增益，降低噪声系数，同时增加输入级和输出级之间的隔离度，提高稳定性。
InducTIve-degenerate cascode 结构在输入级MOS 管的栅极和源极分别引入两个电感Lg 和Ls，通过选择适当的电感值，使得输入回路在电路的工作频率附近产生谐振，从而抵消掉输入阻抗的虚部。
由分析可知应用InducTIve-degenerate cascode 结构输入阻抗得到一个50Ω的实部，但是这个实部并不是真正的电阻，因而不会产生噪声，所以很适合作为射频LNA 的输入极。
高稳定度的LNAcascode 结构在射频LNA 设计中得到广泛应用，但是当工作频率较高时由于不能忽略MOS 管的寄生电容Cgd，因而使得整个电路的稳定特性变差。
对于单个晶体管可通过在其输入端串联一个小的电阻或在输出端并联一个大的电阻来提高稳定度，但是由于新增加的电阻将使噪声值变坏，因此这一技术不能用于低噪声放大器。
文献对cascode 结构提出了改进，在其中ZLoad=jwLout//（jwCout）-。
短波发射机射频前端放大电路设计
短波发射机射频前端放大电路设计提纲：1. 电路拓扑结构2. 功耗及散热问题3. 外部干扰及抗干扰性能4. 射频信号质量5. 调试和实验验证1. 电路拓扑结构短波发射机射频前端放大电路的拓扑结构包括：功率放大器和驱动放大器。
功率放大器负责将低功率信号放大至一定功率，驱动放大器则将输入信号放大至合适的功率水平，以驱动功率放大器。
近年来，类F和类E功率放大器成为了主流选择，其拓扑结构简单，效率高。
类F功率放大器是一种抽取频率的方法，其拓扑与类D功率放大器相似。
类E功率放大器是综合了电容和电感的有源装置，并利用开关管的电感时保证其在高频下的效率。
这两种拓扑结构中，类E功率放大器具有更高的效率，善于处理宽带信号，但类F功率放大器的拓扑结构较为简单，容易实现。
驱动放大器的拓扑结构较为单一，通常采用差分、全差分、共模、反相等传输方式。
差分方式具有较好的共模抑制性能，可有效抑制输入信号与噪声的共模干扰；全差分方式相对复杂，但在高速传输上有明显优势；共模和反相方式可分别用于差分和全差分输出，但这两种方式都存在失真问题。
2. 功耗及散热问题功率放大器的功耗通常较大，同时也带来了散热问题。
为了实现高效且可靠的散热，常用的方法包括利用散热片、散热管和水冷等。
散热片是最常见的散热方式，但其散热效率不够高，无法满足高功率放大器的需求。
散热管则解决了这一问题，其结构类似于热管，能将热量从高处传递至低处，同时保证热传导的均匀性。
水冷方式则利用水的热传导性能，在功率放大器内部设置通道，通过水循环实现散热。
除此之外，功率放大器的电源设计和电源管理也是影响功耗和散热的重要因素。
尝试在多个单元电源之间分配负载是一种有效的电源管理策略。
当瞬态负载峰值保持在合理水平时，能降低电源出现异常的风险。
3. 外部干扰及抗干扰性能短波发射机前端放大电路需要具备较强的抗干扰能力，以避免因外部射频干扰而导致的信号质量降低。
干扰的来源可能是来自周边环境的无线电信号和其他外部信号。
射频放大器电路设计
下图示意了|S 时的稳定与非稳定区域。 下图示意了 22|<1及|S22|>1时的稳定与非稳定区域。 及 时的稳定与非稳定区域 |Гout|=1 ГSI rin 非稳定区
|ГS| =1
ГSR
(a) |S22|<1
(b) |S22|>1
的取值， 一旦得到Г 平面上的输出稳定圆，参考|S 的取值 一旦得到 S平面上的输出稳定圆，参考 22|的取值，就很容易知道对应于输入 端口稳定或非稳定的Г 取值范围，从而为匹配电路设计提供指导。 端口稳定或非稳定的 S取值范围，从而为匹配电路设计提供指导。
S 22 − Γ S D ， 若ГS＝0，则|Гout|=|S22| 1 − S11Γ S
|Гout|=1 rin Cin
ГSI |ГS| =1
ГSR
ГS平面上的输入稳定圆
晶体管稳定性
输入稳定圆
|Гout|=1 ГSI |ГS| =1 Cin 稳定区 ГSR rin 稳定区 Cin 非稳定区
放大器设计
Γin Γout 射频微波晶体管的两端口网络等 效 ΓL，ΓS分别是负载及源反射系数，由负载阻抗及源阻抗决定 分别是负载及源反射系数，由负载阻抗及源阻抗决定: ΓL= ( ZL-ZC ) / ( ZL+ ZC) ΓS= ( ZS-ZC ) / ( ZS+ ZC)
晶体管的稳定性
射频微波晶体管稳定性意味着图中诸反射系数的模值应小于 ， 射频微波晶体管稳定性意味着图中诸反射系数的模值应小于1，即 稳定性意味着图中诸反射系数的模值应小于 |Γin|＜1， |Γout|＜1 ＜ ， ＜
ГLR
|S11|>1时，原点所在区域为非稳定区域 时 S − ΓL D Γin = 11 因为 ГL平面上的输出稳定圆 若ГL＝0，则|Гin|=|S11| ， 1 − S 22Γ L 右上图在|S 时的稳定与非稳定区域如下图所示。注意|Г 右上图在 11|<1及|S11|>1时的稳定与非稳定区域如下图所示。注意 L|≤1
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。
射频功率放大器与微带电路设计
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。
射频pa功率放大电路 输入电源设计
射频pa功率放大电路输入电源设计
射频功率放大器是无线通信系统中至关重要的组成部分。
在设计射频功率放大电路时，输入电源的设计是非常重要的。
输入电源的设计需要考虑到功率放大器的稳定性、线性度、效率和可靠性等方面。
首先，输入电源的稳定性是非常重要的。
功率放大电路对输入电源的变化非常敏感，输入电源的稳定性直接影响到功率放大器的稳定性。
为了保证输入电源的稳定性，可以采用低噪声、低温漂的稳压器或者是带有电源滤波器的电源设计。
其次，输入电源的线性度也是需要考虑的。
输入电源的线性度直接影响到功率放大器的输出线性度。
为了保证输入电源的线性度，可以采用带有反馈电路的电源设计，以及使用高品质的电容和电感等元器件。
此外，输入电源的效率也是需要考虑的。
功率放大器通常需要较高的功率供应，输入电源的效率直接影响到功率放大器的效率。
为了提高输入电源的效率，可以采用开关电源和多级电源等设计。
最后，输入电源的可靠性也是需要考虑的。
输入电源的可靠性对功率放大器的可靠性和寿命有着重要影响。
为了提高输入电源的可靠性，可以采用过压保护、过流保护等保护电路，以及使用高品质的电子元器件。
综上所述，输入电源的设计对射频功率放大器的性能、稳定性和可靠性都非常关键。
在进行输入电源设计时，需要综合考虑以上各个方面，以提高功率放大器的整体性能。
基于GaN器件射频功率放大电路的设计解读
基于GaN器件射频功率放大电路的设计本文主要是基于氮化镓(GaN)器件射频功率放大电路的设计,在S波段频率范围内,应用CREE公司的氮化镓(GaN)高电子迁移速率晶体管(CGH40010和CGH40045)进行的宽带功率放大电路设计。
主要工作有以下几个方面：首先,设计功放匹配电路。
在2.7GHz～3.5GHz频带范围内,对中间级和末级功放晶体管进行稳定性分析并设置其静态工作点,继而进行宽带阻抗匹配电路的设计。
本文采用双分支平衡渐变线拓扑电路结构,使用ADS软件对其进行仿真优化,设计出满足指标要求的匹配电路。
具体指标如下：通带宽度为800MHz,在通带范围内的增益dB(S(2,1))>10dB、驻波比VSWR1<2、VSWR2同主题文章[1].宋登元,王秀山. GaN材料系列的研究进展' [J]. 微电子学.1998.(02)[2].秦志新,陈志忠,周建辉,张国义. 采用N_2-RF等离子体氮化GaAs(001)(英文)' [J]. 发光学报. 2002.(02)[3].谢崇木. 短波长半导体激光器开发动向' [J]. 半导体情报. 1998.(04)[4].Robert ,Green. 现代通信测试设备必须适合多种手机标准——谈如何选择射频功率分析测试仪器' [J]. 今日电子. 2003.(04)[5].宋航,Ｐａｒｋ,Ｓ,Ｈ,Ｋａｎｇ,Ｔ,Ｗ,Ｋｉｍ,Ｔ,Ｗ. 分子束外延高Mg掺杂GaN的发光特性' [J]. 发光学报. 1999.(02)[6].付羿,孙元平,沈晓明,李顺峰,冯志宏,段俐宏,王海,杨辉. 立方相GaN的高温MOCVD生长(英文)' [J]. 半导体学报. 2002.(02)[7].段猛,郝跃. GaN基蓝色LED的研究进展' [J]. 西安电子科技大学学报. 2003.(01)[8].郎佳红,顾彪,徐茵,秦福文. GaN基半导体材料研究进展' [J]. 激光与光电子学进展. 2003.(03)[9].曾庆明,刘伟吉,李献杰,赵永林,敖金平,徐晓春,吕长志.AlGaN/GaN HEMT器件研究' [J]. 功能材料与器件学报. 2000.(03)[10].沈耀文,康俊勇. GaN中与C和O有关的杂质能级第一性原理计算' [J]. 物理学报. 2002.(03)【关键词相关文档搜索】：通信与信息系统; 功率放大电路; 高电子迁移速率晶体管; 宽带匹配【作者相关信息搜索】：南京理工大学;通信与信息系统;赵建中;夏磊;。
2.4GHz E类射频功率放大器的设计
图 ２为理想 Ｅ类功率放大器两端 电压 、电流 的
波形图 。
为 了使 该功率放 大器的效率达 到 １ ０ ０ ％， 该功率放大器 的瞬态响应网络应该满足 以下三 个条件： （ １ ）晶体 管导通 时，晶体管两 端的 电压
必 须 为 零 ，即 晶体 管 的瞬 态 响 应 网 络 应 在 晶体
并且趋 向于零 。当晶体管断开时，晶体管 电压
虽然 有 点 高 ，但 无 电 流 通 过 晶 体 管 ， 从 而 达 到 减 小耗 散 功 率 的 目 的 。Ｅ类 功 率 放 大 器 就 是 按
照 电压 与电流 不重叠出现而设计出来的，使得 在任 意时刻，电压与电流的乘积为零，即耗散 功 率为零 。图 ｌ 为 Ｅ类功率放大器的拓扑结构
键 词 】Ｅ类 功 放 ２ ． ４ Ｇ Ｈ ｚ 伪 差分 饱和输
， 率
提 供 直 流 偏 置 ， 电 容 ｃｌ为 外 加 电容 和 晶 体 管
电疆
Ｃ ａ ）
寄生 电容之 和 ，电感 Ｌ ２和 电容 Ｃ ２构成滤 波 谐振 网络，该 谐振 网络谐 振频率 为 ２ ． ４ Ｇ Ｈｚ 。 Ｒ。 为从晶体管获得最大 功率 的最佳匹配负载 。 Ｅ类射频功率放大器 由单个 晶体 管和负载匹配
流 才 不 会 发 生 重 叠 ，从 而 保证 其 １ ０ ０ ％ 的 效率 。 根 据 以上 三 点 ，可 以列 出微 分 方 程 。通 过 对 微 分 方 程 进 行 解 析 ，可 以得 出 Ｅ类 功 率 放 大 器 负
，
图３ ：反 相 器驱 动 级 电路 图
：
—
，
ｊ 可穿戴系统等 ，Ｅ类射频 功率 放大器的效
图。 该 拓 扑 机 构 由 Ｇｒ ｅ ｂ ｅ ｎ ｎ ｉ ｋ ｏ ｖ在 ２ ０ ０ ２年 提 出 ， 经过 ｌ ０余 年 的 发 展 ，该 放 大 器 以 其 效 率 高 ， 可 设计 性 强等 优 点而 被 广 泛 应 用 。
2.4G射频双向功放电路设计
2.4G射频双向功放电路设计在两个或多个网络互连时，无线局域网的低功率与高频率限制了其覆盖范围，为了扩大覆盖范围，可以引入蜂窝或者微蜂窝的网络结构或者通过增大发射功率扩大覆盖半径等措施来实现。
前者实现成本较高，而后者则相对较便宜，且容易实现。
现有的产品基本上通信距离都比较小，而且实现双向收发的比较少。
本文主要研究的是距离扩展射频前端的方案与硬件的实现，通过增大发射信号功率、放大接收信号提高灵敏度以及选择增益较大的天线来实现，同时实现了双向收发，最终成果可以直接应用于与IEEE802.11b/g兼容的无线通信系统中。
双向功率放大器的设计双向功率放大器设计指标：工作频率：2400MHz～2483MHz最大输出功率：+30dBm（1W）发射增益：≥27dB接收增益：≥14dB接收端噪声系数：< 3.5dB频率响应：<±1dB输入端最小输入功率门限：<?15dB m具有收发指示功能具有电源极性反接保护功能根据时分双工TDD的工作原理，收发是分开进行的，因此可以得出采用图1的功放整体框图。
功率检波器信号输入端接在RF信号输入通道上的定向耦合器上。
当无线收发器处在发射状态时，功率检波器检测到无线收发器发出的信号，产生开关切换信号控制RF开关打向发射PA通路，LNA电路被断开，双向功率放大器处在发射状态。
当无线收发器处在接收状态时，功率检波器由于定向耦合器的单方向性而基本没有输入信号，这时通过开关切换信号将RF 开关切换到LNA通路，PA通路断开，此时双向功率放大器处在接收状态。
下面介绍重点部位的设计：发射功率放大（PA）电路发射功率放大电路的作用是将无线收发器输入功率放大以达到期望输出功率。
此处选择单片微波集成电路（MMIC）作为功率放大器件，并采用两级级联的方式来同时达到最大输出功率与增益的要求。
前级功率放大芯片选择RFMD公司的RF5189，该芯片主要应用在IEEE802.11b WLAN、2.4GHz ISM频段商用及消费类电子、无线局域网系统、扩频与MMDS 系统等等。