射频功率放大器技术 PPT课件
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精品课件-射频功率放大器(黄智伟)-第12章
器/控制器 MAX2205/06/07/08 0.8～2.0 GHz射频功率检测器
第12章 射频信号功率检测/控制电路 12.1 AD8312 50 MHz～3.5 GHz
45 dB射频功率检测器 AD8312是一个射频功率检测器芯片，在低功率测量时具 有很高的灵敏度。其测量频率范围为50 MHz～3.5 GHz；动态 范围为45 dB；信号范围在1.25～224 mV(rms)，在输入信号 为1.25～224 mV时，AD8312的输出电压为0~1.2 V；等效功率 范围为－45 dBm～0 dBm；当输入信号频率为50 MHz时，输 入阻抗为3050 Ω∥1.4 pF，输出信号变化率20.25 mV/dB； 当输入信号频率为2.5 GHz时，输入阻抗为400 Ω∥1.03 pF， 输出信号变化率为18.6 mV/dB；电源电压为2.7～5.5 V；电 流消耗为4.2～5.7 mA；工作温度范围为－40～+85℃。
第12章 射频信号功率检测/控制电路 AD8312采用 6-ball 1.0 mm×1.5 mm封装，引脚封装形 式如图12.1.1所示，引脚功能如表12.1.1所列。
第12章 射频信号功率检测/控制电路 图12.1.1 AD8312引脚封装形式
第12章 射频信号功率检测/控制电路
第12章 射频信号功率检测/控制电路 AD8312的内部结构方框图如图12.1.2所示，芯片内部包 含有检测器(DET)和I-V、V-I转换器，偏移补偿(offset compensation)，电压基准(band gap reference)等电路。 AD8312的应用电路如图12.1.3所示，应用电路的元件参 数见表12.1.2所示 。
布电路
第12章 射频信号功率检测/控制电路 12.3 AD8317 1 MHz～10.0 GHz 50 dB
第12章 射频信号功率检测/控制电路 12.1 AD8312 50 MHz～3.5 GHz
45 dB射频功率检测器 AD8312是一个射频功率检测器芯片，在低功率测量时具 有很高的灵敏度。其测量频率范围为50 MHz～3.5 GHz；动态 范围为45 dB；信号范围在1.25～224 mV(rms)，在输入信号 为1.25～224 mV时，AD8312的输出电压为0~1.2 V；等效功率 范围为－45 dBm～0 dBm；当输入信号频率为50 MHz时，输 入阻抗为3050 Ω∥1.4 pF，输出信号变化率20.25 mV/dB； 当输入信号频率为2.5 GHz时，输入阻抗为400 Ω∥1.03 pF， 输出信号变化率为18.6 mV/dB；电源电压为2.7～5.5 V；电 流消耗为4.2～5.7 mA；工作温度范围为－40～+85℃。
第12章 射频信号功率检测/控制电路 AD8312采用 6-ball 1.0 mm×1.5 mm封装，引脚封装形 式如图12.1.1所示，引脚功能如表12.1.1所列。
第12章 射频信号功率检测/控制电路 图12.1.1 AD8312引脚封装形式
第12章 射频信号功率检测/控制电路
第12章 射频信号功率检测/控制电路 AD8312的内部结构方框图如图12.1.2所示，芯片内部包 含有检测器(DET)和I-V、V-I转换器，偏移补偿(offset compensation)，电压基准(band gap reference)等电路。 AD8312的应用电路如图12.1.3所示，应用电路的元件参 数见表12.1.2所示 。
布电路
第12章 射频信号功率检测/控制电路 12.3 AD8317 1 MHz～10.0 GHz 50 dB
射频功率放大器PPT课件
性 当
阻 于
抗 一
Z个C反)，相因变为压输器出。电
压
与
输
入
电
压
反
相
，
所以
• 传输线变压器在变压器模式工作时，主要作用是在输 入端和输出端之间实现阻抗转换、平衡不平衡变换等。 为了使输出电压倒相，2端必须接地（见图3.23b）。 传输线变压器将传输线绕在磁心上，在1～2端有较大 的感抗存在，信号源就不会被短路；同样，4～3端也 有感抗存在，负载也不会被短路。如图3.23c所示，输 入信号和负载分别加在其一次侧的1～2端和二次侧的 3～4端绕组上。其中输入信号加在绕组上的电压为u， 与传输线上的始端电压相同；通过电磁感应，在负载 RL上产生的电压也为u，与传输线终端电压相同。
第7页/共90页
图3.21 T形匹配网络 图3.22 T形网络的分解
第8页/共90页
• 上述π形和T形匹配网络都可以看成L形匹配网络的 串接组合网络，这种L形网络既有阻抗变换作用，又 有阻抗补偿特性，因此被广泛应用在射频功率放大 器的匹配网络中。
第9页/共90页
3.3.3传输线变压器匹配网络
1 传输线变压器结构与等效电路 • 传输线变压器是将传输线绕在磁环上构成的，传输
线可以采用同轴电缆、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。
《射频功率放大器》课件第12章
AD8317采用TSSOP-8封装，引脚形式如图12.3.1所示， 其功能如表12.3.1所列。
图12.3.1 AD8317引脚封装形式
AD8317的内部结构方框图如图12.3.2所示，芯片内部包 含有检测器(DET)、放大器、I-V转换器、V-I转换器、增益 偏置、斜率发生器和温度传感器等电路。
AD8317 应用电路如图12.3.3所示，应用电路元件参数 见表12.3.2所示。
图12.3.3 AD8317 应用电路 (a) 电原理图; (b) 元器件布局图;(c) 印制电路板图
图12.3.3 AD8317 应用电路 (a) 电原理图; (b) 元器件布局图;(c) 印制电路板图
12.4 AD8318 1 MHz～8.0 GHz 60 dB 对数检测器/控制器
12.7 LMV243 50 dB 450 MHz～2.0 GHz 射频发射功率控制器
LMV243是一个射频发射功率控制电路，芯片内部包括 有RF检测器，误差放大器，斜坡式 V/I转换器和输出驱动器。 LMV243输入接口由射频输入、斜坡(RAMP)电压和一个能 够完成关闭/发射使能的数字输入信号组成。当TX-EN为高 电平时，器件将有效工作，或者器件将进入低功耗模式。在 低功耗模式，器件输出呈高阻抗状态(三态)。
在射频功率测量应用电路推荐的输入耦合电路形式如图 12.5.2所示，图12.5.2(a)为差分输入形式，通过1∶4的阻抗 变换器，将50 Ω的信号源匹配到AD8362输入阻抗(差分输入 阻抗为200 Ω)；图12.5.2(b)为单端输入形式。
AD8362的典型应用电路如图12.5.3所示。
图12.5.2 推荐的输入耦合电路形式 (a) 差分输入形式; (b) 单端输入形式
12.5 AD8362 60 dB 50 Hz～2.7 GHz 射频功率检测器
图12.3.1 AD8317引脚封装形式
AD8317的内部结构方框图如图12.3.2所示，芯片内部包 含有检测器(DET)、放大器、I-V转换器、V-I转换器、增益 偏置、斜率发生器和温度传感器等电路。
AD8317 应用电路如图12.3.3所示，应用电路元件参数 见表12.3.2所示。
图12.3.3 AD8317 应用电路 (a) 电原理图; (b) 元器件布局图;(c) 印制电路板图
图12.3.3 AD8317 应用电路 (a) 电原理图; (b) 元器件布局图;(c) 印制电路板图
12.4 AD8318 1 MHz～8.0 GHz 60 dB 对数检测器/控制器
12.7 LMV243 50 dB 450 MHz～2.0 GHz 射频发射功率控制器
LMV243是一个射频发射功率控制电路，芯片内部包括 有RF检测器，误差放大器，斜坡式 V/I转换器和输出驱动器。 LMV243输入接口由射频输入、斜坡(RAMP)电压和一个能 够完成关闭/发射使能的数字输入信号组成。当TX-EN为高 电平时，器件将有效工作，或者器件将进入低功耗模式。在 低功耗模式，器件输出呈高阻抗状态(三态)。
在射频功率测量应用电路推荐的输入耦合电路形式如图 12.5.2所示，图12.5.2(a)为差分输入形式，通过1∶4的阻抗 变换器，将50 Ω的信号源匹配到AD8362输入阻抗(差分输入 阻抗为200 Ω)；图12.5.2(b)为单端输入形式。
AD8362的典型应用电路如图12.5.3所示。
图12.5.2 推荐的输入耦合电路形式 (a) 差分输入形式; (b) 单端输入形式
12.5 AD8362 60 dB 50 Hz～2.7 GHz 射频功率检测器
《射频功率放大器》课件第2章
图2.3.3 MMG3003NT1工作在3.4～3.6 GHz的应用电路 (a) 工作在3.4～3.6 GHz频率范围的电原理图; (b) 元器件布局图
2.4 MMG3005NT1 400～2400 MHz功率放大器
MMG3005NT1 是一个A类、宽带、小信号、高线性的 晶体管放大器芯片。其输入、输出内部匹配为50 Ω；工作频 率范围为400～2400 MHz；输出功率(P1 dB)为30 dBm；小 信号增益为15 dB; 输出三阶截点为48 dBm (@2140 MHz); 噪声系数为6 dB; 电源电压为5 V; 电流消耗为500 mA。
MMG3003NT1 是一个A类、宽带、小信号、高线性的 晶体管放大器芯片。其输入、输出内部匹配为50 Ω；工作频 率范围为40～3600 MHz；输出功率(P1 dB)为24 dBm；小 信号增益为19.3～20 dB；输出三阶截点为40.5 dBm(@900 MHz)；噪声系数为 4 dB；电源电压为6.2 V；电流消耗为 160～205 mA。
6.0 GHz功率放大器
MMG3007/08/09/10/11/12/13NT1 是一种A类、宽带、小 信号、高线性的晶体管放大器芯片。其输入、输出内部匹配 为50 Ω，工作频率范围为0～6 GHz。
MMG3007 NT1输出功率(P1 dB)为16 dBm；小信号增益 为18～19 dB；输出三阶截点为30 dBm(@900 MHz)；噪声 系数为3.8 dB；电源电压为5 V; 电流消耗为39～55 mA。
MMG3007/08/09/10/11/12/13NT1采用SOT-89(CASE 1514-01，STYLE 1)封装(见图2.2.1)，引脚端1为射频输入端， 引脚端2为接地端，引脚端3为功率放大器输出和直流电源端。
《射频功率放大器》课件第8章
HPMX-3002的内部结构如图8.3.2所示，芯片内包含三 级放大器，其中二级放大器的增益是可调整的。
HPMX-3002 构成的900 MHz放大器电路如图8.3.3所示。 HPMX-3002的测试电路图和印制板如图8.3.4所示。
图8.3.2 HPMX-3002的内部结构
图8.3.3 HPMX-3002构成的900 MHz放大器电路
图8.5.1 MGA83563引脚封装形式
图8.5.2 MGA83563的内部结构
1. MGA83563应用电路的设计步骤 MGA83563在芯片上已有部分的RF阻抗匹配和集成的偏置控制电路， 简化了使用这个器件的难度，设计步骤如下： 步骤1 选择级间电感。 MGA83563的第1级FET的漏极连接到引脚端1，连接电路如图8.5.3 所示。电源电压VD通过电感线圈L2连接在漏极上，电感线圈连接电源 端被电容器旁路到地。这个级间电感线圈用来完成在第1级放大器和第2 级放大器之间的匹配。电感线圈L2的值取决于MGA83563的工作频率， 电感L2的值也与印制电路板的材料、厚度和RF电路的版面设计有关， L2的数值可以根据工作频率从图8.5.4的图表中选择，图8.5.4中L2的数值 已经考虑了应用电路PCB图版面设计等的相关因素。
图8.4.2 MAX2430工作在800～1000 MHz的典型应用电路 (a) 电原理图; (b) 元器件布局图(PwrQSOP-16封装);
(c) 印制电路板(焊接面); (d) 印制电路板(元器件面); (e) 印制电路板(接地板)
射频输出端(RFOUT，引脚端9)需要连接一个到VCC的外 部RF扼流圈电感和一个阻抗匹配网络，该网络由串联电感 (包括片内寄生电感5 nH)、串联电容和并联电容组成，以实 现外部负载阻抗与内部输出阻抗(约为15 Ω)的匹配。CO和 CSH用来调谐最大输出功率。
HPMX-3002 构成的900 MHz放大器电路如图8.3.3所示。 HPMX-3002的测试电路图和印制板如图8.3.4所示。
图8.3.2 HPMX-3002的内部结构
图8.3.3 HPMX-3002构成的900 MHz放大器电路
图8.5.1 MGA83563引脚封装形式
图8.5.2 MGA83563的内部结构
1. MGA83563应用电路的设计步骤 MGA83563在芯片上已有部分的RF阻抗匹配和集成的偏置控制电路， 简化了使用这个器件的难度，设计步骤如下： 步骤1 选择级间电感。 MGA83563的第1级FET的漏极连接到引脚端1，连接电路如图8.5.3 所示。电源电压VD通过电感线圈L2连接在漏极上，电感线圈连接电源 端被电容器旁路到地。这个级间电感线圈用来完成在第1级放大器和第2 级放大器之间的匹配。电感线圈L2的值取决于MGA83563的工作频率， 电感L2的值也与印制电路板的材料、厚度和RF电路的版面设计有关， L2的数值可以根据工作频率从图8.5.4的图表中选择，图8.5.4中L2的数值 已经考虑了应用电路PCB图版面设计等的相关因素。
图8.4.2 MAX2430工作在800～1000 MHz的典型应用电路 (a) 电原理图; (b) 元器件布局图(PwrQSOP-16封装);
(c) 印制电路板(焊接面); (d) 印制电路板(元器件面); (e) 印制电路板(接地板)
射频输出端(RFOUT，引脚端9)需要连接一个到VCC的外 部RF扼流圈电感和一个阻抗匹配网络，该网络由串联电感 (包括片内寄生电感5 nH)、串联电容和并联电容组成，以实 现外部负载阻抗与内部输出阻抗(约为15 Ω)的匹配。CO和 CSH用来调谐最大输出功率。
《射频放大器的设计》PPT课件
k
1
S11
2
S22
2
2
1
2 S12 S21
且
S11 S22 S12 S21 1
放大器的稳定措施：
1.通常在输入、输出回路中增设阻尼电阻 (串联或并联)；
2.选合适参数的放大器件; 3.选择合理的工作点; 4.正确选择组成谐振电路的L/C值关系
(串联:L高,Q高;并联:C高,Q高)。
第六章 射频放大器的设计
6.1 射频放大器的特性指标和基本构成
1. RF放大器的基本构成:
2.特性指标
(1) 增益：
• ： 转换功率增益
GT负载吸收的功率 信号源共 Nhomakorabea匹配时的输入功率
(1 L 2 ) S21 2 (1 S 2 ) (1 S11S )(1 S22L ) S21 S12 L S
3.微带放大器电路形式
• 实际各线长：
L1 l1 g
L2 l2 g
L3 l3 g L4 l4 g
另外，其它匹配形式：S11(或S22)先消去对应阻抗的虚部，
再将剩下的实部经
线转换成Z0值。
g
4
4.偏置注入网络：
(1)若微带线匹配网络应用短路短截线，则可以直 接将直流偏置从短路线的交流短路点注入。
感谢下 载
(2)若微带线匹配网络中不应用短路短截线， 则直流偏置必须经过 短路线注入。
g
4
6.3宽带RF放大器
• 1.频率补偿匹配：
• 原理：在放大器的输入或输出端口引入适当的 失配，用于补偿S参数的频率特性。
• 方法：
•
(1)输入端选频匹配，并且匹配网络的Q
值较小，带相对较宽；同时，输出端口采用纯电
精品课件-射频功率放大器(黄智伟)-第10章
第10章 无线局域网(WLAN)功率放大器电路 AWL6153的引脚端1、10为电源电压输入端，引脚端2为射 频信号输入端，引脚端8为射频信号输出端，引脚端3、6、7、 9为接地端，引脚端4为空脚，引脚端5为基准电压输入端，当 VREF被下拉到0 V时，芯片工作在低功耗模式。 AWL6153的内部结构方框图如图10.1.1所示，芯片内部包 含有3级放大器电路、匹配电路和偏置电路。AWL6153的应用 电路如图10.1.2所示。
第10章 无线局域网(WLAN)功率放大器电路 图10.2.2 AWL9224应用电路
第10章 无线局域网(WLAN)功率放大器电路 10.3 AWL9924 2.4/5.0 GHz 802.11a/b/
g WLAN 功率放大器 AWL9924是一个适合2.4/5.0 GHz 802.11a/b/g WLAN的功 率放大器模块。其输入、输出端口内部匹配为50 Ω；电源电 压为+3.3 V；线性功率增益在2.4 GHz时为32 dB，在5.0 GHz 时为35 dB；采用IEEE 802.11a、64 QAM调制，数据传输速率 为54 Mb/s 时，输出功率为+19 dBm；采用IEEE 802.11g、64 QAM 调制，数据传输速率为54 Mb/s时，输出功率为+20 dBm； 邻近信道功率抑制(ACPR)为－40～－55 dBc；具有温度补偿 的线性功率检测器；采用LPCC-24封表形式，封装尺寸为4 mm×4 mm×0.9 mm。
第10章 无线局域网(WLAN)功率放大器电路
AWL9224引脚端1、3、4、9、10、12、15、25(裸露焊盘) 为接地端；引脚端2为射频信号输入端，AC耦合，内部匹配到 50 Ω；引脚端5为偏置电路电源电压；引脚端6(VPC)为功率放 大器功率控制引脚端，推荐采用开关控制模式，当VPC为0 V时， 功率放大器完全关断，当VPC为+3.3 V时，功率放大器输出最 大功率；引脚端7为功率检测器偏置端；引脚端8为功率检测器 输出端，DC耦合；引脚端11功率放大器输出端，AC耦合，内 部匹配到50 Ω；引脚端13为电源电压，第3级功率放大器偏 置；引脚端14为电源电压，第2级功率放大器偏置；引脚端16 为电源电压，第1级功率放大器偏置。
射频及微波固态功率放大器PPT
射频及微波固态功 率放大器
目录
• 引言 • 工作原理 • 设计与实现 • 性能优化 • 发展趋势与挑战 • 实际应用案例
பைடு நூலகம் 01
CATALOGUE
引言
定义与特性
定义
射频及微波固态功率放大器是一种电 子设备，用于将低功率信号放大至所 需的高功率水平，以便在无线通信、 雷达、射电天文学等领域应用。
特性
通过在放大器输入端添加一个特 性相反的失真信号，补偿放大器 自身的非线性失真，从而提高输
出信号的线性度。
负反馈技术
将放大器的输出信号反馈回输入端 ，通过负反馈降低放大器的增益， 从而减小非线性失真。
前馈技术
将一小部分输出信号直接反馈到输 入端，与原始输入信号一起进入放 大器，从而减小非线性失真。
效率优化
合理设计散热结构，使放大器在工作过程中温度保持在安全范围 内，从而提高可靠性。
元器件筛选与降额使用
对关键元器件进行筛选和降额使用，降低因元器件失效导致的可靠 性问题。
冗余设计
在关键电路中采用冗余设计，当主电路出现故障时自动切换到备份 电路，提高系统的可靠性。
05
CATALOGUE
发展趋势与挑战
技术发展前沿
具有高效率、高可靠性、高线性度、 宽频带等特性，能够满足各种复杂的 应用需求。
应用领域
01
02
03
无线通信
用于基站、移动通信设备 、卫星通信系统等，提供 稳定的信号放大功能。
雷达
用于军事和民用雷达系统 ，提高目标检测和识别能 力。
射电天文学
用于射电望远镜和天文观 测系统，增强信号接收和 数据处理能力。
贝（dB）。
带宽
表示放大器能够放大的 信号频率范围。
目录
• 引言 • 工作原理 • 设计与实现 • 性能优化 • 发展趋势与挑战 • 实际应用案例
பைடு நூலகம் 01
CATALOGUE
引言
定义与特性
定义
射频及微波固态功率放大器是一种电 子设备，用于将低功率信号放大至所 需的高功率水平，以便在无线通信、 雷达、射电天文学等领域应用。
特性
通过在放大器输入端添加一个特 性相反的失真信号，补偿放大器 自身的非线性失真，从而提高输
出信号的线性度。
负反馈技术
将放大器的输出信号反馈回输入端 ，通过负反馈降低放大器的增益， 从而减小非线性失真。
前馈技术
将一小部分输出信号直接反馈到输 入端，与原始输入信号一起进入放 大器，从而减小非线性失真。
效率优化
合理设计散热结构，使放大器在工作过程中温度保持在安全范围 内，从而提高可靠性。
元器件筛选与降额使用
对关键元器件进行筛选和降额使用，降低因元器件失效导致的可靠 性问题。
冗余设计
在关键电路中采用冗余设计，当主电路出现故障时自动切换到备份 电路，提高系统的可靠性。
05
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发展趋势与挑战
技术发展前沿
具有高效率、高可靠性、高线性度、 宽频带等特性，能够满足各种复杂的 应用需求。
应用领域
01
02
03
无线通信
用于基站、移动通信设备 、卫星通信系统等，提供 稳定的信号放大功能。
雷达
用于军事和民用雷达系统 ，提高目标检测和识别能 力。
射电天文学
用于射电望远镜和天文观 测系统，增强信号接收和 数据处理能力。
贝（dB）。
带宽
表示放大器能够放大的 信号频率范围。
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❖ 1、功率回退 ❖ 原理：功率回退法就是把功率放大器的输入功率
从1dB压缩点向后回退6-10个分贝，工作在远小于 1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区， 进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交 调系数 ❖ 实现：选用功率较大的管子作小功率管使用
❖ 一般来说，功率 放大器的输入功 率减小ldB，交叉 调制系数CM就改 善2dB。
❖ 线性性能受限的主要因素有两个： 1. 包络通道带宽 2. 两路信号间的延时差
EER中相位信号带宽大于原信号带宽
ET(包络跟踪)和EER技术的比较
EER
ET
混合型EER
❖ 根据以上线性化技术，设计功率放大器外围电路， 当达到预订指标时，可以进行“流片”，制作芯 片，以达到批量生产的目的。
❖ 目前“流片”费用昂贵，所以在“流片”前需要 做若干仿真和实验，确保设计正确。
峨眉校区计算机与通信工程系
Question Time
❖ B（乙）类输出器件 仅只导通半个正弦波 的周期，换言之，如 果没有输入信号，输 出器件就不会有电流 流过。这类功放的效 率很明显地要优越于 A类。通常采用两只 乙类功放管构成互补 放大，但存在交越失 真。
交越失真动画
❖ AB（甲乙）类放大器的工作点既不象乙类放大选 得那样低，也不象甲类那样高，电流截止的时间 小于半周期，工作性能介于甲（A）类和乙（B） 类之间
峨眉校区计算机与通信工程系
主讲：李华
射频功率放大器技术
主要内容
1
功率放大器的应用
2 功率放大器在无线通信系统中的地位
3
功率放大器的结构
4
功率放大器的工作状态
5 功率放大器存在的问题及解决方法
什么是功率放大器
❖ 简单说，功率放大器作用就是把弱信号放大
❖ 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的 电流，起到电流电压放大的作用
预失真的信号可以部分抵消功率放大器中产生的非线性失真
❖ 预失真的设计
假设放大器PA的传递函数为 H A | H A ( j) | e j()
如果总的传递函数 H K K为常数，是线性放大
而 H HA HB
HB
K HA
K
e j ( )
| H A ( j) |
❖ 预失真技术的好处是不必要求功率回退，放大器 可以工作在ldB压缩点附近甚至饱和区，所以能得 到较高的效率。
Re
+VCC
+ C2
输出 回路
+ RL uo
–
Re 介于输入输出回路，有反馈。 反馈使 uid 减小，为负反馈。 既有直流反馈，又有交流反馈。
❖ 3、预失真法
❖ 预失真技术目前应用较为广泛。它使功率放大器线性度大 大提高，输出功率增大。
❖ 原理：在信号放大之前对信号按照一定的规律进 行“预先失真”，以便最终输出信号中的失真分 量尽可能地小。
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
N沟道JFET
N沟道绝缘栅型
放大电路
功率放大器的工作状态
❖ A（甲）类-------A类 放大器在整个周期内 都处在导通状态，换 言之，总有偏置电流 流过输出器件。这种 结构的失真最小，基 本是线形的，但效率 也最低，约为20％。
发射机的功耗主要在功率放大器，不同类型发射机功放 约占全机60-90% 功放效率的提高对延长电池寿命、增加发射功率、 散热、减小体积重量起决定作用。
其中PDC为电源供给直流功率，Pout为交流输出功率，Pc为消 耗在集电极上的功率
❖ 各种工作状态的效率和线性性
功放工作状态
效率
线性度
A类 B类 AB类 D类 E、F类
理想50% ，实际5～ 很好 20%
理想78.5%，实际 有失真，有一定线性
40%左右
度
理想50-70%，实际 较好 60%
理想80～90%，实际 很好（仅适合低频） 80 %
理想100%，实际90% 完全非线性
❖ 功率放大器效率对移动通信运营商降低成本非常 重要
例如： 移动通信基站采用传统技术的典型功耗为1500 W，而 采用新一代技术的功耗为760 W。 对于一个5000个基站的WCDMA网络，按一年时间计算， 采用新一代基站比传统基站节省电费如下：
❖ 缺点:预失真回路由于某些因素引起的失真不能起 到补偿作用，比如由于温度、直流电压的变化以 及器件老化等引起的器件非线性的波动。
目前发展方向 ：自适应预失真器的功率放大器。
❖ 4、前馈法
❖ 前馈法是目前放大器线性化技术中最先进、发展最为迅速 的方法之一。
❖ “前馈”线性化技术中的反馈信号与信号流是一 致的方向抵消放大器的非线性分量
蓝牙耳机 信号频率在2～4G赫兹，属于射频范围
功率放大器的应用
功率放大器的应用
无线通信基站
功率放大器的应用
电脑无线上网
GPS
功率放大器的应用
卫星通信
无线通信的基本结构
❖ 无线电通信系统，由发送设备、接收设备、无线信 道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息 和数据传输的系统
动画演示
根据信号频率不同功放不同
射频功率放大器 高频功率放大器 中低频功率放大器
功率放大器
功率放大器的应用
高保真音响系统
功率放大器的应用
电视、汽车音响等
功率放大器的应用
发射无线电广播电信号 信号频率在几十兆到几百兆赫兹
功率放大器的应用
发射电视信号
功率放大器的应用
对讲机、无绳电话
功率放大器的应用
❖ 实际前馈实现原理
优缺点 结构复杂、实现难度大 频带宽、动态范围大 适用于线性要求高的系统
5、包络消除与恢复法（EER）
❖ 调制后的RF信号通过藕合器分离出一部分信号来 取得包络信息，同时主支路上的RF信号通过限幅 器变为恒定包络信号，经由高效率的非线性放大 器放大，然后利用前面取出的包络信息控制最后 一级功放的直流偏置，进行幅度调制来恢复出信 号本身的包络。
发
+
射N
极
e 发射区
发射结Je
集
P
N
电
基区
极 集电区 c
基极b 集电结Jc
电路符号
➢ 三极管内部结构特点:发射区高掺杂;基区很薄;集电结面积大
发射结正偏，集电结反偏：放大模式
IE
IE (1 )Hale Waihona Puke BIBIC IC IB
IE (1 )IB
β表示，基极电流IB对集电极电流IC的控制能力。
IC
3. 为了得到最优的系统性能，必须调整信号电平
功率放大器基本结构
❖ 目前功率放大可以选用功率放大芯片实现，但其 核心是三极管和场效应管
❖ 也可选用晶体三极管和场效应管，自 行设计外围电路实现功率放大
晶体三极管（BJT）
❖按材料分有两种：储管和硅管。 而每一种又有NPN 和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP 两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原 理都是相同的
优缺点
简单、易实现 降低效率、增大成本 小功率、适用于线性要求不很高的系统
❖ 2、负反馈
❖ 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通 过一定的元件，回送到输入回路并影响输入量 (电压或电流)和输出量的过程。
输入
放大电路 输出
反馈网络
例如：
C1
+RS us
+ ui
–
–
Rb
++
输入 uid
回路 –
IB
+
+
T VCE
VBE
-
-
IB /A
IC
/mA IB
=
40
A
30 A
20 A
10 A
0
U(BR)BEO 0 UBE(on) UBE /V
IEBO +ICBO
0
U(BR)CEOUCE /V
饱和区、放大区、 截止区、击穿区。
三极管放大电路动画
三极管放大作用动画
场效应管
❖ 场效应管用输入电压控制输出电流的半导体器件
信号失真
输出信号的幅度大小有所变化 延时固定
❖(B) 线性失真
•系统的幅度频率特性不是常数 •相位频率特性不是频率的线性函数 •改变了输入信号各频率分量的相对关系 •不产生新的频率分量
❖(C) 非线性失真
•产生新的频率分量 •系统特性与端口条件（信号、负载）有关
❖ (2)增益1dB压缩点、三阶交调、三阶交截点
无线通信系统
接收机
无线通信收发机结构
收发机包括收信器和发信器
❖ 收信器和发信器分别由前端电路和后端电路两部 分构成，其接收路径和发射路径各完成三个功能：
1. 已调制的有用信号的中心频率从较低频转换到射 频（发射路径）或从射频转换到较低频率（接收 路径）
2. 出现在有用信号所占频带之外的信号被有效抑制， 以保证它们不对无线通信链路和数字调制解调的 正常工作造成有害影响
功放工作状态动画
❖ D类-D类放大器是一种开关或PWM功放，在这种功 放中，器件要么完全导通， 要么完全关闭，大幅 度减少了输出器件的功耗。效率可高达90～9 5％
❖ 假设输入信号为一个标准的音频信号(正弦波)。将这个音 频信号与高频三角波相比较产生一个PWM信号。将这个PWM 信号用于驱动功率级产生放大的数字信号，最后采用低通 滤波器过滤PWM载波，还原出正弦音频信号
交调失真对模拟微波通信 来说，会产生邻近信道的 串扰，对数字微波通信来 说，会降低系统的频谱利 用率，并使误码率恶化； 因此容量越大的系统，要 求IP3越高，IP3越高表示 线性度越好和更少的失真
从1dB压缩点向后回退6-10个分贝，工作在远小于 1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区， 进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交 调系数 ❖ 实现：选用功率较大的管子作小功率管使用
❖ 一般来说，功率 放大器的输入功 率减小ldB，交叉 调制系数CM就改 善2dB。
❖ 线性性能受限的主要因素有两个： 1. 包络通道带宽 2. 两路信号间的延时差
EER中相位信号带宽大于原信号带宽
ET(包络跟踪)和EER技术的比较
EER
ET
混合型EER
❖ 根据以上线性化技术，设计功率放大器外围电路， 当达到预订指标时，可以进行“流片”，制作芯 片，以达到批量生产的目的。
❖ 目前“流片”费用昂贵，所以在“流片”前需要 做若干仿真和实验，确保设计正确。
峨眉校区计算机与通信工程系
Question Time
❖ B（乙）类输出器件 仅只导通半个正弦波 的周期，换言之，如 果没有输入信号，输 出器件就不会有电流 流过。这类功放的效 率很明显地要优越于 A类。通常采用两只 乙类功放管构成互补 放大，但存在交越失 真。
交越失真动画
❖ AB（甲乙）类放大器的工作点既不象乙类放大选 得那样低，也不象甲类那样高，电流截止的时间 小于半周期，工作性能介于甲（A）类和乙（B） 类之间
峨眉校区计算机与通信工程系
主讲：李华
射频功率放大器技术
主要内容
1
功率放大器的应用
2 功率放大器在无线通信系统中的地位
3
功率放大器的结构
4
功率放大器的工作状态
5 功率放大器存在的问题及解决方法
什么是功率放大器
❖ 简单说，功率放大器作用就是把弱信号放大
❖ 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控 制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的 电流，起到电流电压放大的作用
预失真的信号可以部分抵消功率放大器中产生的非线性失真
❖ 预失真的设计
假设放大器PA的传递函数为 H A | H A ( j) | e j()
如果总的传递函数 H K K为常数，是线性放大
而 H HA HB
HB
K HA
K
e j ( )
| H A ( j) |
❖ 预失真技术的好处是不必要求功率回退，放大器 可以工作在ldB压缩点附近甚至饱和区，所以能得 到较高的效率。
Re
+VCC
+ C2
输出 回路
+ RL uo
–
Re 介于输入输出回路，有反馈。 反馈使 uid 减小，为负反馈。 既有直流反馈，又有交流反馈。
❖ 3、预失真法
❖ 预失真技术目前应用较为广泛。它使功率放大器线性度大 大提高，输出功率增大。
❖ 原理：在信号放大之前对信号按照一定的规律进 行“预先失真”，以便最终输出信号中的失真分 量尽可能地小。
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
N沟道JFET
N沟道绝缘栅型
放大电路
功率放大器的工作状态
❖ A（甲）类-------A类 放大器在整个周期内 都处在导通状态，换 言之，总有偏置电流 流过输出器件。这种 结构的失真最小，基 本是线形的，但效率 也最低，约为20％。
发射机的功耗主要在功率放大器，不同类型发射机功放 约占全机60-90% 功放效率的提高对延长电池寿命、增加发射功率、 散热、减小体积重量起决定作用。
其中PDC为电源供给直流功率，Pout为交流输出功率，Pc为消 耗在集电极上的功率
❖ 各种工作状态的效率和线性性
功放工作状态
效率
线性度
A类 B类 AB类 D类 E、F类
理想50% ，实际5～ 很好 20%
理想78.5%，实际 有失真，有一定线性
40%左右
度
理想50-70%，实际 较好 60%
理想80～90%，实际 很好（仅适合低频） 80 %
理想100%，实际90% 完全非线性
❖ 功率放大器效率对移动通信运营商降低成本非常 重要
例如： 移动通信基站采用传统技术的典型功耗为1500 W，而 采用新一代技术的功耗为760 W。 对于一个5000个基站的WCDMA网络，按一年时间计算， 采用新一代基站比传统基站节省电费如下：
❖ 缺点:预失真回路由于某些因素引起的失真不能起 到补偿作用，比如由于温度、直流电压的变化以 及器件老化等引起的器件非线性的波动。
目前发展方向 ：自适应预失真器的功率放大器。
❖ 4、前馈法
❖ 前馈法是目前放大器线性化技术中最先进、发展最为迅速 的方法之一。
❖ “前馈”线性化技术中的反馈信号与信号流是一 致的方向抵消放大器的非线性分量
蓝牙耳机 信号频率在2～4G赫兹，属于射频范围
功率放大器的应用
功率放大器的应用
无线通信基站
功率放大器的应用
电脑无线上网
GPS
功率放大器的应用
卫星通信
无线通信的基本结构
❖ 无线电通信系统，由发送设备、接收设备、无线信 道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息 和数据传输的系统
动画演示
根据信号频率不同功放不同
射频功率放大器 高频功率放大器 中低频功率放大器
功率放大器
功率放大器的应用
高保真音响系统
功率放大器的应用
电视、汽车音响等
功率放大器的应用
发射无线电广播电信号 信号频率在几十兆到几百兆赫兹
功率放大器的应用
发射电视信号
功率放大器的应用
对讲机、无绳电话
功率放大器的应用
❖ 实际前馈实现原理
优缺点 结构复杂、实现难度大 频带宽、动态范围大 适用于线性要求高的系统
5、包络消除与恢复法（EER）
❖ 调制后的RF信号通过藕合器分离出一部分信号来 取得包络信息，同时主支路上的RF信号通过限幅 器变为恒定包络信号，经由高效率的非线性放大 器放大，然后利用前面取出的包络信息控制最后 一级功放的直流偏置，进行幅度调制来恢复出信 号本身的包络。
发
+
射N
极
e 发射区
发射结Je
集
P
N
电
基区
极 集电区 c
基极b 集电结Jc
电路符号
➢ 三极管内部结构特点:发射区高掺杂;基区很薄;集电结面积大
发射结正偏，集电结反偏：放大模式
IE
IE (1 )Hale Waihona Puke BIBIC IC IB
IE (1 )IB
β表示，基极电流IB对集电极电流IC的控制能力。
IC
3. 为了得到最优的系统性能，必须调整信号电平
功率放大器基本结构
❖ 目前功率放大可以选用功率放大芯片实现，但其 核心是三极管和场效应管
❖ 也可选用晶体三极管和场效应管，自 行设计外围电路实现功率放大
晶体三极管（BJT）
❖按材料分有两种：储管和硅管。 而每一种又有NPN 和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP 两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原 理都是相同的
优缺点
简单、易实现 降低效率、增大成本 小功率、适用于线性要求不很高的系统
❖ 2、负反馈
❖ 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通 过一定的元件，回送到输入回路并影响输入量 (电压或电流)和输出量的过程。
输入
放大电路 输出
反馈网络
例如：
C1
+RS us
+ ui
–
–
Rb
++
输入 uid
回路 –
IB
+
+
T VCE
VBE
-
-
IB /A
IC
/mA IB
=
40
A
30 A
20 A
10 A
0
U(BR)BEO 0 UBE(on) UBE /V
IEBO +ICBO
0
U(BR)CEOUCE /V
饱和区、放大区、 截止区、击穿区。
三极管放大电路动画
三极管放大作用动画
场效应管
❖ 场效应管用输入电压控制输出电流的半导体器件
信号失真
输出信号的幅度大小有所变化 延时固定
❖(B) 线性失真
•系统的幅度频率特性不是常数 •相位频率特性不是频率的线性函数 •改变了输入信号各频率分量的相对关系 •不产生新的频率分量
❖(C) 非线性失真
•产生新的频率分量 •系统特性与端口条件（信号、负载）有关
❖ (2)增益1dB压缩点、三阶交调、三阶交截点
无线通信系统
接收机
无线通信收发机结构
收发机包括收信器和发信器
❖ 收信器和发信器分别由前端电路和后端电路两部 分构成，其接收路径和发射路径各完成三个功能：
1. 已调制的有用信号的中心频率从较低频转换到射 频（发射路径）或从射频转换到较低频率（接收 路径）
2. 出现在有用信号所占频带之外的信号被有效抑制， 以保证它们不对无线通信链路和数字调制解调的 正常工作造成有害影响
功放工作状态动画
❖ D类-D类放大器是一种开关或PWM功放，在这种功 放中，器件要么完全导通， 要么完全关闭，大幅 度减少了输出器件的功耗。效率可高达90～9 5％
❖ 假设输入信号为一个标准的音频信号(正弦波)。将这个音 频信号与高频三角波相比较产生一个PWM信号。将这个PWM 信号用于驱动功率级产生放大的数字信号，最后采用低通 滤波器过滤PWM载波，还原出正弦音频信号
交调失真对模拟微波通信 来说，会产生邻近信道的 串扰，对数字微波通信来 说，会降低系统的频谱利 用率，并使误码率恶化； 因此容量越大的系统，要 求IP3越高，IP3越高表示 线性度越好和更少的失真