第3章 射频功率放大器
射频功率放大器简介
射频功率放大器简介 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=PSCL+IM3/2； PSCL——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-（PIN+G）] 三阶互调杂散电平=3（PIN+G）-2IP3 在选择射频器件时，三阶交调指标的绝对值越大越好。其值越大，说明交调产物相对主信号来说越小， 对系统的干扰影响越小。
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射频功率放大器简介
多频多模放大器（MMPA） 目前智能手机面临15种制式、12-13个频段共存的局面。能否把PA做成宽频，把这些频段都覆盖了。原则上 1G附近，即800M，850M，900M附近，甚至700M，可以共用一条链路。2G附近，1.8G、1.9G、2.1G、2.4G、 2.6G，可以做1个或者2个PA，把这些频段都覆盖了。MMPA使用大量频带和模式来确保漫游期间的语音和 数据服务可用性。高度集成的模块提供了一个超小的外形尺寸，缩小产品的整体面积 同时减少外部元件数 量、减少组装成本、加快产品上市时间。
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射频功率放大器简介
输出匹配电路主要应具备损耗低，谐波抑制度高，改善驻波比，提高输 出功率及改善非线性等功能。 ①谐波抑制。功率放大器的非线性特性使输出不仅包含基波信号，同时 还存在各项谐波，谐波幅度大小与基波信号大小呈一定的比例关系。在 大功率放大器中，由于基波功率比较大，因此谐波功率也比较大，特别 是2次谐波和3次谐波，它们对系统的影响是不可忽略的。为了减小谐波 功率输出，通常输出匹配电路采用低通结构或带通结构。。 ②改善驻波比。功率放大器匹配电路设计不完善会使功率放大器输出驻 波比较大，因此会加大带内增益起伏，产生寄生信号，严重时会产生自 激振荡和烧毁功率管。因此，在设计输出匹配电路时必须使驻波比较小输出匹配电路设计
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。
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。
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
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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
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。
射频功率放大器(RF PA)概述
基本概念射频功率放大器(RF PA)就是发射系统中得主要部分,其重要性不言而喻。
在发射机得前级电路中,调制振荡电路所产生得射频信号功率很小,需要经过一系列得放大(缓冲级、中间放大级、末级功率放大级)获得足够得射频功率以后,才能馈送到天线上辐射出去。
为了获得足够大得射频输出功率,必须采用射频功率放大器。
在调制器产生射频信号后,射频已调信号就由RF PA将它放大到足够功率,经匹配网络,再由天线发射出去。
放大器得功能,即将输入得内容加以放大并输出。
输入与输出得内容,我们称之为“信号”,往往表示为电压或功率。
对于放大器这样一个“系统”来说,它得“贡献”就就是将其所“吸收”得东西提升一定得水平,并向外界“输出”。
如果放大器能够有好得性能,那么它就可以贡献更多,这才体现出它自身得“价值”。
如果放大器存在着一定得问题,那么在开始工作或者工作了一段时间之后,不但不能再提供任何“贡献”,反而有可能出现一些不期然得“震荡”,这种“震荡”对于外界还就是放大器自身,都就是灾难性得。
射频功率放大器得主要技术指标就是输出功率与效率,如何提高输出功率与效率,就是射频功率放大器设计目标得核心。
通常在射频功率放大器中,可以用LC谐振回路选出基频或某次谐波,实现不失真放大。
除此之外,输出中得谐波分量还应该尽可能地小,以避免对其她频道产生干扰。
分类根据工作状态得不同,功率放大器分类如下:传统线性功率放大器得工作频率很高,但相对频带较窄,射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。
射频功率放大器可以按照电流导通角得不同,分为甲(A)、乙(B)、丙(C)三类工作状态。
甲类放大器电流得导通角为360°,适用于小信号低功率放大,乙类放大器电流得导通角等于180°,丙类放大器电流得导通角则小于180°。
乙类与丙类都适用于大功率工作状态,丙类工作状态得输出功率与效率就是三种工作状态中最高得。
射频功率放大器大多工作于丙类,但丙类放大器得电流波形失真太大,只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。
射频功率放大器课件
由傅里叶级数的求系数法得
IC0 iCmax0 (c )
Icm1 iCmax1(c )
Icmn
iCmaxn (c )
其中： 0(c
)
sin c (1
c cosc cosc )
1(c )
c cosc sin c (1 cosc )
求输入信号所需的振幅 Vbm。
解 Pdc Ic0Vcc 0.3 24 7.2 W
Pc Pdc Po 7.2 6 1.2 W
Po 6 83.3%
Pdc 7.2
1 1 2 0
1 2 1.75 0
查表得知： 66
直流电源提供的直流功率PD中，一部分被转换为输 出信号功率Po(Output signal power)，其余部分 消耗在功率管中，成为功率管的耗散功率Pc ( Power Dissipation)，即管耗。
放大器的集电极效率 c (Collection efficiency)
就是来评价这种转换能力的性能指标：
对工所谐程谓振上折功都线率采法放用是大近将器似电进估子行算器分和件析实的计验特算调性，整曲关相线键结理在合想于 的 化求方，出法用电对一流高组的频折直功线 流率代分放替量大晶I器体c0进管和行静基分态频析特分和性量计曲Ic算线m1。。后折进线行法分就析是和常计用 算的一方种法分。析法。
折线分析法的主要步骤：
1 2 g1(c )
n
1 0
1
g1(c )
1(c ) 0(c )
－波形系数
0.5 0.4 2.0
0
由曲线可知：极端情况
射频功率放大器的工作原理解析
射频功率放大器的工作原理解析射频功率放大器是一种将低功率射频信号放大到较高功率的电子器件。
它在无线通信、雷达、卫星通信等领域中起到至关重要的作用。
本文将从射频功率放大器的基本原理、工作模式、实现方式等方面对其进行深入解析，并提供我的观点和理解。
一、射频功率放大器的基本原理射频功率放大器的基本原理是利用非线性元件的特性，将低功率射频信号输入到放大器中，并通过放大器的放大过程，使得输出信号的功率得到显著增加。
放大器的输入和输出之间的增益被称为功率放大倍数，通常用分贝表示。
射频功率放大器的基本原理可以概括为三个步骤：输入信号的匹配、非线性放大和输出匹配。
二、射频功率放大器的工作模式射频功率放大器的工作模式通常包括A类、AB类、B类、C类等几种。
其中，A类是一种常用的工作模式，它具有较高的线性度和低失真程度，但功率效率较低；AB类是A类的改进版本，能够在线性度和功率效率方面取得较好的平衡；B类是功率效率最高的工作模式，但失真较大；C类是功率效率最高的失真也最大的工作模式。
根据不同的应用需求和性能要求，可以选用不同的工作模式。
三、射频功率放大器的实现方式射频功率放大器的实现方式主要有晶体管放大器和管子放大器两种。
晶体管放大器是目前最常用的实现方式，它可以通过调整偏置电流和控制输入信号的幅度来实现放大。
晶体管放大器具有体积小、重量轻、功率效率高等优点，广泛应用在许多领域。
而管子放大器则更适用于一些功率较大的场景，其主要原理是利用电子管和变压器的结合来实现功率放大。
四、我的观点和理解在了解射频功率放大器的工作原理后，我认为射频功率放大器在无线通信和雷达等领域中的作用不可忽视。
它不仅能够提高信号的传输距离和覆盖范围，还能够保证信号的稳定性和可靠性。
射频功率放大器的选择要根据具体的应用需求和性能要求来确定，不同的工作模式和实现方式都有各自的优点和适用场景。
总结：通过本文的解析，我们可以了解到射频功率放大器的基本原理、工作模式和实现方式。
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当有比较大的功率增益，即Pout>>Pin时，有ηC≈ηPAE。
如何提高输出功率和效率，是射频功率放大器设计目 标的核心。
3.1.3 线性
衡量射频功率放大器线性度的指标有三阶互调截点 (IP3)、1dB压缩点、谐波、邻道功率比等。邻道功率 比用来衡量由放大器的非线性引起的频谱再生对邻道 的干扰程度。
3.4 功率合成与分配 3.4.1 功率合成器 3.4.2 功率分配器 3.5 功率放大器的线性化技术 3.5.1 前馈线性化技术 3.5.2 反馈技术 3.5.3 包络消除及恢复技术 3.5.4 预失真线性化技术 3.5.5 采用非线性元件的线性放大
3.6 射频功率放大器电路实例 3.6.1 1.0GHz、60W宽带射频功率放大器电路 3.6.2 2.4GHz 频带的WLAN功率放大器电路 3.6.3 蓝牙功率放大器电路 3.6.4 50Hz～2.7GHz射频功率测量电路 思考题与习题
在有两个或多个单频信号输入的情况下，非线性放大 电路会产生(输出)除这些单频外的新频率信号。这些新 出现的单频信号是非线性系统互调的产物。例如，假 定的输叠入加信，号则是两个频率为f1和f2、幅度相同的单频信号 ui(t)=cos(2πf1t)+cos(2πf2t) (3.1.3)
则输出电压见(3.1.5)。将上式展开后，可以发现输出 电压uO(t)包含有DC、f1、f2、2f1、2f2、f1±f2频率 成分。如果在放大电路的非线性幅度响应中取到三次 方项，除二次方展开输出电压uO(t)得到的频率成分外， 还得到包含有3f1、3f2、2f1±f2、f1±2f2的频率成分。
3.2.4 C类射频功率放大器电路 3.2.5 D类射频功率放大器电路 3.2.6 E类射频功率放大器电路 3.2.7 F类射频功率放大器电路 3.3 功率放大器电路的阻抗匹配网络 3.3.1 阻抗匹配网络的基本要求 3.3.2 集总参数的匹配网络 3.3.3 传输线变压器匹配网络
3.1.1 输出功率
在发射系统中，射频末级功率放大器输出功率的范围 可小至毫瓦级，大至数千瓦级。为了实现大功率输出， 末级功率放大器的前级放大器电路必须要有足够高的 激励功率电平。在大功率发射系统中，往往由二级到 三级甚至由四级以上的功率放大器组成射频功率放大 器，各级的工作状态也往往不同。
根据对工作频率、输出功率、用途等的不同要求，可 以采用晶体管、FET、射频功率集成电路或电子管作为 射频功率放大器。在射频大功率方面，目前无论是在 输出功率或在最高工作频率方面，电子管仍然占优势。 千瓦级以上的发射机，大多数还是采用电子管。当然， 晶体管、FET也在射频大功率方面不断取得新的突破。 例如，目前单管的功率输出已超过100W，若采用功率 合成技术，输出功率可以达到3000W。
3.1 射频功率放大器的主要技术指标
射频功率放大器是各种无线发射机的主要组成部分。 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如缓冲级、中 间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率后， 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。射频功率放大 器电路在设计时需要对输出功率、激励电平、功耗、 失真、效率、尺寸和重量等问题进行综合考虑。射频 功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，这是 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。
3.1.2 效率
功率放大器由于输出功率大，因而要求直流电源提供 的功率也较大，这就存在一个效率问题。效率是射频 功率放大器极为重要的指标，特别是对于移动通信设 备。定义功率放大器的效率，通常采用集电极效率ηC 和功率增加效率PAE两种方法。
1 集电极效率ηc 所谓集电极效率，是指功率管集电极输出的有用功率
由于非线性放大器的效率高于线性放大器的效率，射 频功率放大器通常采用非线性放大器。功率放大电路 工作在大信号状态，晶体管工作在非线性区域，会出 现较多的非线性失真。从频谱的角度看，由于非线性 的作用，输出信号中会产生新的频率分量，如三阶互 调分量、五阶互调分量等，它干扰了有用信号并使被 放大的信号频谱发生变化(即频带展宽了)。在功率放大 电路中的失真主要是互调失真，互调失真是衡量功率 放大器电路性能的一个重要参数。
这些频率成分可以分类为：二次谐波2f1、2f2(u2项引 起)；三次谐波3f1、3f2(u3项引起)；二阶互调 f1±f2(u2项引起)；三阶互调2f1±f2、f1±2f2(u3项引 起)。放大电路输出信号包含有多种频率成分，这些频 率中距离输入信号频率f1和f2最近的频率是三阶互调的 产物2f1-f2和2f2-f1。其他频率距离基频f1和f2较远， 很容易使用滤波器滤除，但三阶互调的产物2f1-f2和 2f2-f1会落在放大电路的有效带宽内，不能使用滤波器
Pout和电源供给的直流功率Pdc的比值，用ηC表示，见 (3.1.1)。 式（3.1.1）中，Pc为管耗。效率ηc越高，意味着在相 同输出功率情况下，要求直流电源供给的功率越小， 相应管子内部消耗的功率也越小。
2 功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE) 功率附加效率定义为输出功率Pout与输入功率Pin的差
滤除。三阶互调是造成射频功率放大电路产生失真的
第3章 射频功率放大器电路
ห้องสมุดไป่ตู้
3.1 射频功率放大器的主要技术指标 3.1.1 输出功率 3.1.2 效率 3.1.3 线性 3.1.4 杂散输出与噪声 3.2 射频功率放大器电路结构 3.2.1 射频功率放大器的分类 3.2.2 A类射频功率放大器电路 3.2.3 B类射频功率放大器电路