微波线性功率放大器主要指标详解
《微波功率放大器》全解
Pom
1 8
V
2 CC
RL
PE
1 VC
CIcm
理 想 78.5%
PC1m 0.2Pom
作业： P220 5.2.4 P221 5.3.5
结语
谢谢大家！
V2
(1 + 1) (1 + 2) ib1
= (1 + 1 + 2+ 12) ib1
V1 V2
NPN + NPN
NPN
V1 V2
PNP + PNP
PNP
V2 V1
NPN + PNP
NPN
V1 V2
PNP + NPN
PNP
构成复合管的规则： 1) B1 为 B，C1 或 E1 接 B2 ， C2、E2 为 C 或 E； 2) 应保证发射结正偏，集电结反偏； 3) 复合管类型与第一只管子相同。
功—率标大准、音噪频声功小率、放频大带宽、 工电作源电滤+V波源CC 范1围00宽F、有10保0 护电路
自举电容
C6
C9
R3
输入0.1
F
C
5 F
偏置 u1i R1
1
4
8 9
DG810
12
C8 输出电容
100 F
C10 VCC = 15 V 时 1000 F 输出功率 6 W
100 k
10
7
5
100C2F C5 100 F
5.1.1 乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
一、电路组成及工作原理
+VCC V1 iC1
ui = 0 V1 、 V2 截止 ui > 0 V1 导通 V2 截止 io = iE1 = iC1, uO = iC1RL
微波功率放大器的性能以及增益的测量
微波功率放大器的性能以及增益的测量作者：李沅锴来源：《硅谷》2013年第01期摘要：介绍一种微波功率放大器增益的测量方法。
经校准件进行TRL校准，校准后分别对所用的两只定向耦合器进行耦合衰减、方向性系数、主线插损和输入口驻波比的频率反应进行测量，同时对终端负载的输入驻波比进行测量。
最后由安捷伦矢量网络分析仪组建网络参数测试系统对微波功率放大器的增益进行测量。
关键词：功率放大器；增益；TRL校准；测量0 引言在近代RF和微波系统中，放大是最基本和最广泛存在的微波电路功能之一。
功率放大器常用在雷达和无线电发射机的末级，其作用是把信号功率最终放大到足够的电平，以便能通过适当的天线进行微波发射[1]。
近年来，由于科学技术的迅猛发展，微波功率放大器已经广泛的应用在微波通信、卫星通信、雷达、电子对抗、导弹制导、导航、遥控、遥测等系统中，并且成为必不可少的器件。
微波功率放大器的工作特性将直接影响所在系统的整体性能指标。
因此在使用之前，对其性能参数进行测量是非常必要的。
本文介绍了微波功率放大器的基本参数，并且介绍了微波功率放大器增益测量方法。
1 微波功率放大器的性能参数指标1.1 工作频率范围（f）工作频率范围指放大器在满足各项指标下的工作频率范围。
放大器的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。
1.2 输出功率（Pout）放大器的输出功率有两种方式表示：饱和功率和1dB增益压缩点输出功率。
饱和功率指输出的最大功率。
1dB增益压缩点输出功率是指放大器增益偏离线性而比线性增益低1dB的这一点。
1dB增益压缩点所对应的输出功率记为P1dB，该点常用以表征放大器处理能力[2]。
1.3 噪声系数（Noise Figure）噪声系数（NF）是指输入端信噪比与放大器输出端信噪比的比值，单位常用“dB”表示。
噪声系数NF=10lg（输入端信噪比/输出端信噪比）。
1.4 功率增益（G）增益指的是放大器的放大能力。
增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。
功放技术参数概述
功率放大器技术指标概述放大器参数说明工作频率范围（F）：指放大器满足各级指标的工作频率范围。
放大器实际的工作频率范围可能会大于定义的工作频率范围。
功率增益（G）：指放大器输出功率和输入功率的比值，单位常用“dB”。
增益平坦度(ΔG)：指在一定温度下，在整个工作频率范围内，放大器增益变化的范围。
增益平坦度由下式表示（见图1）:图1ΔG=±（Gmax-Gmin）/2dBΔG：增益平坦度G max：增益——频率扫频曲线的幅度最大值G min：增益——频率扫频曲线的幅度最小值噪声系数(NF)：噪声系数是指输入端信噪比与放大器输出端信噪比的比值，单位常用“dB”。
噪声系数由下式表示：NF=10lg(输入端信噪比/输出端信噪比）在放大器的噪声系数比较低（例如NF<1）的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度（T）来表示。
噪声系数与噪声温度的关系为：T=（NF-1）T0 或NF=T/T0+1T0-绝对温度（290K）噪声系数与噪声温度的换算表(见图2)1分贝压缩点输出功率（P1dB）：放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。
这种放大器称之为三阶截点（IP3）：测量放大器的非线性特性，最简单的方法是测量1dB压缩点功率电平P1dB。
另一个颇为流行的方法是利用两个相距5到10MHz的邻近信号，当频率为f1和f2的这两个信号加到一个放大器时，该放大器的输出不仅包含了这两个信号，而且也包含了频率为mf1+nf2的互调分量（IM），这里，称m+n为互调分量的阶数。
在中等饱和电平时，通常起支配作用的是最接近基音频率的三阶分量（见图4）。
因为三阶项直到畸变十分严重的点都起着支配作用，所以常用三阶截点（IP3）来表征互调畸变（见图3）。
三阶截点是描述放大器线性程度的一个重要指标。
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=P SCL+IM3/2；P SCL——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-（P IN+G）]三阶互调杂散电平=3（P IN+G）-2IP3输入/输出驻波比（VSWR）：微波放大器通常设计或用于50Ω阻抗的微波系统中,输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统要求阻抗(50Ω)的匹配程度。
微波功率放大器的特性及其线性化技术研究
微波功率放大器的特性及其线性化技术研究随着通信技术的不断发展，微波功率放大器得到了广泛的应用。
微波功率放大器是微波系统中的关键元件之一，其主要作用是将微弱的微波信号放大成需要的输出功率。
随着放大器工作频率的不断提高，如何提高放大器的输出功率并保持其线性度成为了研究的重要方向。
一、微波功率放大器的特性微波功率放大器的性能指标主要包括增益、输出功率、噪声系数、频带等，其中输出功率是刻画微波功率放大器性能的关键指标。
微波功率放大器的增益和输出功率通常可以通过采用多级放大的方式来获得。
但是，多级放大器的缺点是易受温度和噪声等干扰，同时会引起非线性失真，影响输出信号的质量。
因此，需要研究一些新的放大器结构和线性化技术来解决这些问题。
二、微波功率放大器的线性化技术微波功率放大器的非线性失真主要有交调失真和截止失真两种形式。
交调失真是由于不同频率的信号之间相互作用导致的，而截止失真则是由于局部饱和引起的。
为了降低非线性失真，研究人员采用了很多线性化技术，包括前级微波信号处理、自适应算法和数字前向矫正等。
下面分别介绍一下这些线性化技术的原理和应用。
1. 前级微波信号处理前级微波信号处理是通过在微波输入信号前引入相应的非线性元件来改变输入信号的频谱，从而提高输出信号的线性度。
前级微波信号处理可以通过锁相放大器、限幅器和衰减器等非线性元件来实现。
2. 自适应算法自适应算法是一种比较流行的线性化技术，它可以通过自适应的方式来提高放大器的线性度。
自适应算法是通过将一组预定义的信号注入到放大器中，然后对输出信号进行分析和比较，根据比较结果对输入信号进行调整，从而达到优化放大器的目的。
自适应算法的主要优点是可以实现实时的非线性失真补偿，但是需要较高的运算速度和高质量的参考信号，同时还需要对算法进行实时优化。
3. 数字前向矫正数字前向矫正在最近几年内得到了广泛的应用，其主要是通过在放大器输入端添加矫正信号来补偿非线性失真。
数字前向矫正可以通过数字信号处理器和运算放大器等组成，在输入信号经过前向矫正后，可以得到相应的线性度和输出功率。
功率放大器的性能指标
功率放大器的性能指标有哪些？功率放大器的性能指标很多,有输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗、阻尼系数等，其中以输出功率、频率响应、失真度三项指标为主。
1．输出功率输出功率是指功放输送给负载的功率,以瓦（W)为基本单位。
功放在放大量和负载一定的情况下,输出功率的大小由输入信号的大小决定。
过去，人们用额定输出功率来衡量输出功率，现在由于高保真度的追求和对音质的评价不一样，采用的测量方法不同，因此形成了许多名目的功率称呼，应当注意。
（1) 额定输出功率(RMS）额定输出功率是指在一定的谐波失真指标内，功放输出的最大功率。
应该注意,功放的的负载和谐波失真指标不同,额定输出功率也随之不同。
通常规定的谐波失真指标有1%和10％。
由于输出功率的大小与输入信号有关，为了测量方便,一般采用连续正弦波作为测量信号来测量音响设备的输出功率。
通常测量时给功放输入频率为1000Hz的正弦信号，测出等阻负载电阻上的电压有效值(V），此时功放的输出功率（P）可表为P=V2/RL式中：RL为扬声器的阻抗这样得到的输出功率，实际上为平均功率。
当音量逐渐开大时，功放开始过载，波形削顶，谐波失真加大。
谐波失真度为10%时的平均功率,称为额定输出功率,亦称最大有用功率或不失真功率.（2)最大输出功率在上述情况下不考虑失真的大小，给功放输入足够大的信号，并将音量和音调电位器调到最大时，功放所能输出的最大功率称为最大输出功率。
额定输出功率和最大输出功率是我国早期音响产品说明书上常用的两种功率.通常最大输出功率是额定功率的2倍。
但是，在放音时却有这样的情况,两台最大有用功率及扬声器灵敏度都差不多的功放在试听交响乐节目时，当一段音乐从低潮过去以后突然来一突发性打击乐器声，可能一台功放能在瞬间给出相当大的功率，给人以力度感，另一台功放却显得底气不足。
为了标志功放这种瞬间的突发输出功率的能力，除了测量上述的最大有用功率和最大输出功率之外，有必要测量功放的音乐输出功率和峰值输出功率。
六微波放大器
1 2
bS 2 1 inS
2
in S *
1 in 2
1 bS 2 2 1 S
2
Zin ZS *
in S *
放大器旳功率增益
1、转换功率增益GT
GT
负载吸收的功率 信号源的资用功率
PL PA
2、资用功率增益GA
放大器的资用功率 GA 信号源的资用功率
3、功率增益Gp
Gp
负载吸收的功率 放大器输入的功率
不稳定
out 1
（1）绝对稳定；（2）条件稳定或潜在不稳定
稳定性鉴别（续1）
in
S11
S12 1
S 21 L S 22 L
S11 L 1 S22L
令
1
S11 L 1 S22L
S22 2 2
L 2 2 Re
S22* S11*
* L
1
S11
2
0
L 2 2 Re
S
* 22
1 S11 2 1 S22 2
S12 S 21S11S 22
1 S11 2 1 S22 2
GT GTU
1
1 u2
1
1 u2
u 0.2
GT GTU
误差不不不大于2dB，一般以此值作为单向化设计旳根据。
1 10 lg 0.82 1.94dB
10 lg 1 1.58dB 1.22
u也称为单向化优质比，衡量端口匹配与网络参数旳关系。
GT 1 Lout 2 1 S11S 2
放大器的资用功率
S21 2 1 S 2
GA 信号源的资用功率 GT L out * 1 out 2 1 S11S 2
S21 2 1 S 2 GA 1 S22 2 S 2 S11 2 2 2 Re SC1
功率放大器线性指标分析报告
功放放大器线性相关知识概述信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真，失真可以分为线性失真和非线性失真。
产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件，产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件。
另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入。
1.功率放大器作为基站、直放站中的主要核心模块，对整个系统的通信质量起着至关重要的作用，而功放的线性指标，则是功放设计的基础和核心。
下面先介绍一下一些与线性相关的基本知识。
（1）信号的峰值功率、平均功率和峰均比PAR很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。
峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。
通常概率取为0.01%。
峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。
通常概率取为0.01%。
平均功率是系统输出的实际功率。
在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.1@0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。
在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子。
功率放大器在设计的过程中，其线性指标和峰均比关系很大，（2）线性失真线性失真又可以分成线性幅度失真和线性相位失真，从频域可以很方便表示这些失真，如下图：（3）非线性失真非线性失真与线性失真相似，可以分成非线性幅度失真和非线性相位失真，图形表示如下：（4）非线性幅度失真非线性幅度失真常用1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量，下面分别讨论这三个指标。
例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线关系，输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持不变，随着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1dB时的输入信号电平称为输入1dB压缩点，这时输出信号电平称为输出1dB压缩点。
如下图：（3）三阶交调三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线性的一个重要指标，在这里仍以放大器为例来说明三阶交调指标。
功率放大器技术指标概述
功率放大器技术指标概述功率放大器是电子设备中常见的一种电路，在音频、射频和微波领域有广泛的应用。
它的主要功能是将输入信号的功率放大到更大的值，以便驱动负载或者增加信号传输的范围。
在使用功率放大器设计电路时，一些技术指标需要被充分考虑。
本文将从增益、带宽、效率、线性度和稳定性等方面对功率放大器的技术指标进行概述。
首先要考虑的是功率放大器的增益。
增益是指输入信号经过放大器后输出信号的倍数关系。
功率放大器的增益通常以分贝（dB）为单位进行描述。
增益越大，则输出信号的功率增加的倍数就越多。
增益的选择取决于应用的具体要求。
其次是带宽。
带宽是指功率放大器能够有效放大信号的频率范围。
对于音频功率放大器，带宽一般被定义为20Hz到20kHz，这是人耳能够听到的频率范围。
对于射频或微波功率放大器，带宽一般会更宽。
带宽的选择取决于信号的频率范围需求，同时也需要考虑功率放大器的性能和成本。
效率是功率放大器另一个关键的技术指标。
效率是指功率放大器输出功率与输入功率之比。
功率放大器通常使用电流源或电压源来提供放大所需的电能，效率是衡量这些能源是否被有效利用的重要指标。
较高的效率意味着功率放大器能够将更多的输入功率转化为输出功率，减少能量的浪费。
提高功率放大器的效率可以有多种方法，比如使用高效的输出级和更好的电源管理。
线性度也是功率放大器的一个重要指标。
线性度是指放大器在不同输入电平下，输出信号与输入信号之间的线性关系。
理想情况下，功率放大器应该能够以相同的比例放大任何输入信号，但在实际应用中，放大器的线性度往往有一定的限制。
放大器的线性度越好，输出信号与输入信号的变化关系越接近线性。
线性度对于信号的准确度和精度非常重要，特别是在高精度的测量、通信和音频应用中。
最后是功率放大器的稳定性。
稳定性是指功率放大器在不同工作条件下输出信号的稳定性。
功率放大器往往会因为温度、频率和负载的变化等因素而产生不稳定性，这可能导致放大器的性能受到影响，甚至可能损坏放大器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微波线性功率放大器综述
1概述
微波线性功率放大器在现代微波（无线）通信系统中的重要性越来越大。
特别是在CDMA 体制移动通信系统中，线性功率放大器已经是必不可少的重要部件。
2基本指标
2.1 AM/AM AM/PM失真
一个HPA的线性特征可以用AM/AM和AM/PM 曲线来表示. 输入的RF 信号可以表示为：
x(t)=R i(t)⨯cos[ω0t+θx(t)] (1)
相应的输出表示为：
y(t)=G[R i(f)] ⨯cos{ω0t+θx(t)+ψ[R i(f)]} (2)
其中G和ψ表示AM/AM 和AM/PM曲线，如图一。
图. 1 实测的放大器失真曲线
理想的线性功放的曲线如图2。
图. 2 理想的放大器AM/AM和AM/PM曲线
2.2 双音IMD 、IP3、P1dB
双音IMD ，在放大器输入端加入两个CW 信号，在放大器的输出端测量的3阶、5阶等信号大小，以dBc 表示。
IP3
IMD 、IP3及P 1dB 定义图示
2.3 ACPR
ACPR 主要应用在象CDMA 这样的宽频谱信号的研究上。
邻道功率（ACP ）定义为当主信道加一信号时，紧邻主信道的两个信道内的功率大小。
邻道功率的产生主要来自两个方面，一是由于器件的非线性作用产生，二是由于主信道信号本身频谱较信道宽。
ACPR 定义为ACP 功率与主信道功率的比值。
图3 邻道功率（ACP ）定义
图4 器件非线性产生的邻道功率
对移动通信的CDMA 信号而言，其IM3（即ACPR ）与IP3的关系可以通过一公式表示。
IP3=-5log[P IM3(f 1,f 2)B 3/P O [(3B-f 1)3-(3B-f 2)3]]+22.2 (dBm)
其中： P IM3(f 1,f 2) 表示要求的IM3的输出功率（W ）
B 表示二分之一CDMA 信号带宽 （KHz ）
f 1,f 2表示两个边带频率相对于中心频率的差值（KHz ）
P O 表示输出功率（W ）
2.4 级联线性功放的IM3计算
功率放大器一般由多级放大组成，在设计时需要计算，级联后的IM3。
以下公式是一经验公式。
时间证明其准确性是很高的。
设功放由两级组成，第一级IM3表示为IM3D ，第二级IM3表示为IM3F ，则级联后的IM3表示为：
IM3=IM3F + 20log[1+10(IM3D-IM3F/20)]
多级放大器以次类推。
根据该公式绘制的IM3恶化曲线如下图。
036912151821242730
01
2
3
4
5
6
789
10IM3
恶化(dB)IM3F-IM3D (dB)
3预失真线性化技术介绍
预失真的线性化技术是各种线性化技术的基础，其它方法是在此基础上进行的更为完善的处理。
然而就原理来说，都没有超越该技术。
预失真原理描述
Fig.3 Amplifier with Adaptive Predistorte。