射频功率放大器RFPA概述
射频功放效率

射频功放效率射频功放(Radio Frequency Power Amplifier,简称RFPA)是一种将低功率射频信号转换为高功率射频信号的电子器件。
在无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域中,射频功放起着至关重要的作用。
射频功放的效率是评估其性能的一个重要指标,也是设计和优化射频功放的关键因素之一。
射频功放的效率可以理解为输入功率与输出功率之间的比值。
一般情况下,射频功放的效率越高,输出功率相对较大,对于无线通信系统来说,可以提供更远的传输距离和更好的信号覆盖范围。
同时,高效率的射频功放还可以减少能源消耗,延长电池寿命,降低系统运行成本。
提高射频功放的效率有多种方法和技术。
首先,选择合适的功率放大器器件非常重要。
常用的功率放大器器件有晶体管、场效应管(FET)和双极型晶体管(BJT)等。
不同的器件具有不同的特性和工作方式,对功放的效率有着直接影响。
其次,优化电路设计也是提高射频功放效率的关键。
合理选择电路拓扑结构、匹配网络和偏置电路,可以减少功耗和损耗,提高功放的效率。
此外,合理选择工作频段和工作状态也可以对射频功放的效率进行优化。
除了上述方法和技术外,还有其他一些措施可以进一步提高射频功放的效率。
例如,采用动态功率调整技术可以根据实际需求调整功放的输出功率,避免不必要的能量浪费。
此外,采用高效的电源管理技术和节能措施也可以降低系统的整体能耗,提高射频功放的效率。
射频功放效率的提高不仅可以提升无线通信系统的性能和覆盖范围,还可以降低系统运行成本和能源消耗。
因此,在射频功放设计和优化过程中,充分考虑功放效率是非常重要的。
通过选择合适的器件、优化电路设计和采用其他相关措施,可以进一步提高射频功放的效率,从而实现更好的性能和更高的能源利用效率。
总之,射频功放效率是评估其性能和优化设计的重要指标之一。
通过选择合适的器件、优化电路设计以及采取其他相关措施,可以进一步提高射频功放的效率,从而实现更好的性能和更高的能源利用效率。
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

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。
《2024年基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》范文

《基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》篇一一、引言随着无线通信技术的不断发展,射频功率放大器(RF Power Amplifier, RFPA)作为无线通信系统中的关键部件,其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。
因此,设计一款高性能的射频功率放大器具有重要意义。
本文将介绍基于先进设计系统(Advanced Design System, ADS)的射频功率放大器设计与仿真的全过程。
二、射频功率放大器基本原理射频功率放大器是一种将低频信号调制为高频信号并进行放大的电子设备。
其基本原理是通过外部电源供电,使输入信号在器件内部产生谐振并实现放大。
射频功率放大器的性能指标主要包括增益、输出功率、效率、线性度等。
三、ADS软件介绍ADS是一款功能强大的电子设计自动化软件,广泛应用于射频、微波电路的设计与仿真。
ADS提供了丰富的电路元件库、精确的仿真算法以及友好的操作界面,使得设计师能够快速、准确地完成电路设计与仿真。
四、射频功率放大器设计1. 确定设计指标:根据系统需求,确定射频功率放大器的增益、输出功率、效率、线性度等指标。
2. 选择器件:根据设计指标,选择合适的晶体管、电容、电感等器件。
3. 电路拓扑设计:根据器件特性,设计合理的电路拓扑结构,包括输入匹配网络、输出匹配网络、偏置电路等。
4. 仿真分析:利用ADS软件进行电路仿真,分析电路性能,包括增益、输出功率、效率、线性度等。
五、仿真结果与分析1. 增益仿真:通过仿真得到射频功率放大器的增益曲线,分析其频率特性及在不同频率下的增益变化情况。
2. 输出功率仿真:通过仿真得到射频功率放大器的输出功率曲线,分析其输出功率与效率的关系。
3. 效率仿真:通过仿真得到射频功率放大器的效率曲线,分析其在不同输出功率下的效率变化情况。
4. 线性度仿真:通过仿真分析射频功率放大器的线性度,包括谐波失真、交调失真等。
六、优化与改进根据仿真结果,对电路进行优化与改进,包括调整器件参数、改进电路拓扑结构等,以提高射频功率放大器的性能。
射频放大器的9个主要性能指标

射频放大器的9个主要性能指标RF PA(radio frequency power amplifier)是各种无线发射机的重要组成部分。
在发送机的前级电路中,调制振荡电路产生的射频信号的功率非常小,需要经过一系列放大一缓冲级、中间放大级、最终级的功率放大级,得到足够的射频功率后,提供给天线进行辐射。
为了得到足够大的射频输出功率,射频功率放大器常常扮演着不可或缺的作用。
那么,射频放大器的主要指标有哪些呢?射频放大器结构射频放大器的9个主要性能指标1、输出功率和1dB压缩点(P1dB)输入功率超过一定值时,晶体管的增益开始下降,最终输出功率饱和。
如果放大器的增益偏离常数或低于其他小信号增益1dB,这个点就是1dB压缩点(P1dB)。
放大器的功率容量通常用1dB的压缩点表示。
2、增益工作增益是测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输到负载的功率与信号源实际传输到放大器输入端口的功率之比。
增益平坦度是在一定温度下放大器增益在整个工作频带内变化的范围,也是放大器的主要指标。
3、工作频率范围一般是指放大器的线性工作频率范围。
当频率从DC开始时,放大器被认为是直流放大器。
4、效率放大器是功率元件,所以需要消耗供电电流。
因此,放大器的效率对整个系统的效率非常重要。
功率效率是放大器的高频输出功率与提供给晶体管的直流功率之比。
NP=RF输出功率/直流输入功率。
5、交条失真(IMD)交条失真是具有不同频率的两个或更多个输入信号通过功率放大器而产生的混合分量。
这是因为放大器的非线性特点。
其中,三阶交条产物特别接近基波信号,影响最大,因此交条失真中最重要的是三阶交,当然,三阶交条产物越低越好。
6、三阶交条截止点(IP3)图2中基波信号的输出功率延长线与三阶交条延长线的交点称为三阶交条截止点,用符号IP3表示。
IP3也是放大器非线性的重要指标。
输出功率一定时,三阶交条截止点的输出功率越大,放大器的线性度越好。
射频电路中pa电路

射频电路中pa电路1.引言1.1 概述射频电路中的功率放大器(PA)电路在无线通信系统中起着至关重要的作用。
射频电路是一种特殊的电路,用于处理无线通信中的高频信号。
PA电路作为射频电路中的关键组成部分,主要负责将输入信号的功率放大到足够的水平,以便保证信号能够被传输或发送给接收端。
在无线通信系统中,信号往往需要经过一定的传输距离,因此信号在传输过程中会衰减。
为了弥补信号衰减带来的损失,需要使用功率放大器来增加信号的功率。
PA电路的主要功能就是将输入信号的能量转化为输出信号的能量,并向输出负载传递足够的功率。
基于不同的应用需求和技术约束,PA电路有多种不同的设计方案。
根据功率放大器的工作方式,可以将其分为线性功率放大器和非线性功率放大器。
线性功率放大器在保持信号波形完整性和减小失真方面具有较好的性能,因此在无线通信系统中得到广泛应用。
而非线性功率放大器则在功率转换效率方面具有较高的优势,适用于一些功率要求较高的应用场景。
PA电路的设计和优化是射频电路设计的重要内容,涉及到多个参数的选择和调整。
通过选择合适的功率放大器类型、匹配网络和功率传输线等组成部分,并进行适当的调试和测试,可以实现对信号的高效放大和传输。
本文将详细介绍PA电路的基本原理和工作方式,以及其在无线通信系统中的重要性。
同时,还将探讨PA电路未来的发展方向和挑战。
最后,通过对PA电路的研究和应用,将为无线通信技术的发展做出积极的贡献。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容:文章结构是指文章的整体框架和组织方式,它将整个文章划分为不同的部分,使读者能够清晰地理解和掌握文章的内容。
本文将按照如下结构展开:第一部分为引言部分,主要介绍本文的主题和背景,包括射频电路中PA电路的基本概念和作用,以及文章的目的和意义。
通过引言部分,读者能够初步了解PA电路在射频电路中的重要性,并对本文的内容产生兴趣和需求。
第二部分为正文部分,主要分为两个小节。
功率放大器综述

为了降低通信运营商的运营成本,减小冷却成本,易于热控制,就 要求提高PA的效率。
为了减小功率放大的级数和功率管的使用数量,以更低的功率进行 驱动,降低成本,就要求提高放大器的增益。
二、功率放器的分类
A类功率放大器的导通角θ=360°,高线性度,最高效率也只有50%, 常用于小信号放大。
B类放大器由于采用零偏置,导通角θ=180°,理想状态下的 效率最高可达到78.5%,常用于中低频大功率放大电路。
射频功率放大器的应用
射频功率放大器由于具有工作电压低、尺寸小、线性度高、噪声低 等优点,广泛应用在卫星通信、移动通信、雷达和电子战以及各种 工业装备中。
在军用与铁路通信中,功率放大器通常被用于无线通信系统发射机、 军用雷达的核心器件。
在第三代移动通信系统(3G)中,要求数据传输速率达到2M bit/s, 单个信号的带宽达5MHz,这就需要PA具有宽带特性。
提高射频功率放大器的输出功率、工作效率以及线性度和稳定性等 性能指标对于整个通信系统具有重要的意义。
1948年双极晶体管(BJT)
1952年提出结型场效应 管(JFET)
• 硅双极晶体管开始应用于射 频微波领域,可以对从几百 兆赫(UHF)到Ka波段的信号 进行放大
70年代以后GaAs肖特 基势垒栅场效应晶体管 (GaAs MESFET)
3. 功率放大器的研究意义
功率放大器概述
射频功率放大器 (RF PA) 作为各种无线发射机的重要模块,在现代 通信系统中的主要作用是在工作频段高效率地放大射频小信号,并 将大功率射频信号传输到发射天线中。
射频功率放大器的工作过程,实际上是将电源直流功率在输入调制 信号的控制下转换成具有相同频率、相同相位的大功率信号。
射频功率放大器简介

射频功率放大器简介
成功地设计微波功率放大器的关键是设计阻抗匹配网络。在任何一个微波功率放大器设 计中,错误的阻抗匹配将使电路不稳定,同时会使电路效率降低和非线性失真加大。在设计功率放 大器匹配电路时,匹配电路应同时满足匹配、谐波衰减、带宽、小驻波、线性及实际尺寸等多项要 求。当有源器件一旦确定后,可以被选用的匹配电路是相当多的,企图把可能采用的匹配电路列成 完整的设计表格几乎是不现实的。
ηadd= (射频输出功率-射频输入功率)/ 直流输入功率 ηadd称为功率放大器的功率附加效率,它既反映了直流功率转换成射频功率的能力,又反映了放大射频功率的 能力。很明显,用功率附加效率ηadቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ衡量功率放大器的功率效率是比较合理的。
射频功率放大器简介
6. 饱和输出功率 和 1dB压缩点 随着输入功率的继续增大,放大器进入非线性区,其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加,也就是 说,其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输 出功率的1dB压缩点,用P1dB放大器参数表示。典型情况下,当功率超过P1dB时,增益将迅速下降并达到 一个最大的或完全饱和的输出功率,其值比P1dB大3-4dB。
射频功率放大器简介
5. 功率效率和功率附加效率 功率放大器的功率效率是功率放大器的射频输出功率与供给晶体管的直流 功率之比。
η=直流输入功率 / 射频输出功率 显然,这种定义并没有考虑晶体管的放大能力,即具有相同功率效率的两个晶 体管的功率增益可以差别很大。通常,在设计功率放大器时,希望用功率增益高的功率晶体管。为此,又给出 另一种定义
射频功率放大器简介
1. 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。 2. 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”。 3. 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 ΔG=±(Gmax-Gmin)/2dB ΔG:增益平坦度 Gmax:增益——频率扫频曲线的幅度最大值 Gmin:增益——频率扫频曲线的幅度最小值
- 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)。
基本概念射频功率放大器(RF PA)是发射系统中的主要部分,其重要性不言而喻。
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(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。
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。
放大器的功能,即将输入的内容加以放大并输出。
输入和输出的内容,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,它的“贡献”就是将其所“吸收”的东西提升一定的水平,并向外界“输出”。
如果放大器能够有好的性能,那么它就可以贡献更多,这才体现出它自身的“价值”。
如果放大器存在着一定的问题,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的“震荡”,这种“震荡”对于外界还是放大器自身,都是灾难性的。
射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率,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。
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。
分类根据工作状态的不同,功率放大器分类如下:传统线性功率放大器的工作频率很高,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的不同,分为甲(A)、乙(B)、丙(C)三类工作状态。
甲类放大器电流的导通角为360°,适用于小信号低功率放大,乙类放大器电流的导通角等于180°,丙类放大器电流的导通角则小于180°。
乙类和丙类都适用于大功率工作状态,丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。
射频功率放大器大多工作于丙类,但丙类放大器的电流波形失真太大,只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力,回路电流与电压仍然接近于正弦波形,失真很小。
开关型功率放大器(Switching Mode PA,SMPA),使电子器件工作于开关状态,常见的有丁(D)类放大器和戊(E)类放大器,丁类放大器的效率高于丙类放大器。
SMPA将有源晶体管驱动为开关模式,晶体管的工作状态要么是开,要么是关,其电压和电流的时域波形不存在交叠现象,所以是直流功耗为零,理想的效率能达到100%。
传统线性功率放大器具有较高的增益和线性度但效率低,而开关型功率放大器具有很高的效率和高输出功率,但线性度差。
具体见下表:电路组成放大器有不同类型,简化之,放大器的电路可以由以下几个部分组成:晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路。
1、晶体管晶体管有很多种,包括当前还有多种结构的晶体管被发明出来。
本质上,晶体管的工作都是表现为一个受控的电流源或电压源,其工作机制是将不含内容的直流的能量转化为“有用的”输出。
直流能量乃是从外界获得,晶体管加以消耗,并转化成有用的成分。
不同的晶体管不同的“能力”,比如其承受功率的能力有区别,这也是因为其能获取的直流能量的能力不同所致;比如其反应速度不同,这决定它能工作在多宽多高的频带上;比如其面向输入、输出端的阻抗不同,及对外的反应能力不同,这决定了给它匹配的难易程度。
2、偏置电路及稳定电路偏置和稳定电路是两种不同的电路,但因为他们往往很难区分,且设计目标趋同,所以可以放在一起讨论。
晶体管的工作需要在一定的偏置条件下,我们称之为静态工作点。
这是晶体管立足的根本,是它自身的“定位”。
每个晶体管都给自己进行了一定的定位,其定位不同将决定了它自身的工作模式,在不同的定位上也存在着不同的性能表现。
有些定位点上起伏较小,适合于小信号工作;有些定位点上起伏较大,适合于大功率输出;有些定位点上索取较少,释放纯粹,适合于低噪声工作;有些定位点,晶体管总是在饱和和截至之间徘徊,处于开关状态。
一个恰当的偏置点,是正常工作的础。
在设计宽带功率放大器时,或工作频率较高时,偏置电路对电路性能影响较大,此时应把偏置电路作为匹配电路的一部分考虑。
偏置网络有两大类型,无源网络和有源网络。
无源网络(即自偏置网络)通常由电阻网络组成,为晶体管提供合适的工作电压和电流。
它的主要缺陷是对晶体管的参数变化十分敏感,并且温度稳定性较差。
有源偏置网络能改善静态工作点的稳定性,还能提高良好的温度稳定性,但它也存在一些问题,如增加了电路尺寸、增加了电路排版的难度以及增加了功率消耗。
稳定电路一定要在匹配电路之前,因为晶体管需要将稳定电路作为自身的一部分存在,再与外界接触。
在外界看来,加上稳定电路的晶体管,是一个“全新的”晶体管。
它做出一定的“牺牲”,获得了稳定性。
稳定电路的机制能够保证晶体管顺利而稳定的运转。
3、输入输出匹配电路匹配电路的目的是在选择一种接受的方式。
对于那些想提供更大增益的晶体管来说,其途径是全盘的接受和输出。
这意味着通过匹配电路这一个接口,不同的晶体管之间沟通更加顺畅,对于不同种的放大器类型来说,匹配电路并不是只有“全盘接受”一种设计方法。
一些直流小、根基浅的小型管,更愿意在接受的时候做一定的阻挡,来获取更好的噪声性能,然而不能阻挡过了头,否则会影响其贡献。
而对于一些巨型功率管,则需要在输出时谨小慎微,因为他们更不稳定,同时,一定的保留有助于他们发挥出更多的“不扭曲的”能量。
典型的阻抗匹配网络有L匹配、π形匹配和T形匹配。
其中L匹配,其特点就是结构简单且只有两个自由度L和C。
一旦确定了阻抗变换比率和谐振频率,网络的Q值(带宽)也就确定了。
π形匹配网络的一个优点就是不管什么样的寄生电容,只要连接到它,都可以被吸到网络中,这也导致了π形匹配网络的普遍应用,因为在很多的实际情况中,占支配地位的寄生元件是电容。
T形匹配,当电源端和负载端的寄生参数主要呈电感性质时,可用T形匹配来把这些寄生参数吸收入网络。
确保射频PA稳定的实现方式每一个晶体管都是潜在不稳定的。
好的稳定电路能够和晶体管融合在一起,形成一种“可持续工作”的模式。
稳定电路的实现方式可划分为两种:窄带的和宽带的。
窄带的稳定电路是进行一定的增益消耗。
这种稳定电路是通过增加一定的消耗电路和选择性电路实现的。
这种电路使得晶体管只能在很小的一个频率范围内贡献。
另外一种宽带的稳定是引入负反馈。
这种电路可以在一个很宽的范围内工作。
不稳定的根源是正反馈,窄带稳定思路是遏制一部分正反馈,当然,这也同时抑制了贡献。
而负反馈做得好,还有产生很多额外的令人欣喜的优点。
比如,负反馈可能会使晶体管免于匹配,既不需要匹配就可以与外界很好的接洽了。
另外,负反馈的引入会提升晶体管的线性性能。
射频PA的效率提升技术晶体管的效率都有一个理论上的极限。
这个极限随偏置点(静态工作点)的选择不同而不同。
另外,外围电路设计得不好,也会大大降低其效率。
目前工程师们对于效率提升的办法不多。
这里仅讲两种:包络跟踪技术与Doherty技术。
包络跟踪技术的实质是:将输入分离为两种:相位和包络,再由不同的放大电路来分别放大。
这样,两个放大器之间可以专注的负责其各自的部分,二者配合可以达到更高的效率利用的目标。
Doherty技术的实质是:采用两只同类的晶体管,在小输入时仅一个工作,且工作在高效状态。
如果输入增大,则两个晶体管同时工作。
这种方法实现的基础是二只晶体管要配合默契。
一种晶体管的工作状态会直接的决定了另一支的工作效率。
射频PA面临的测试挑战功率放大器是无线通信系统中非常重要的组件,但他们本身是非线性的,因而会导致频谱增生现象而干扰到邻近通道,而且可能违反法令强制规定的带外(out-of-band)放射标准。
这个特性甚至会造成带内失真,使得通信系统的误码率(BER)增加、数据传输速率降低。
在峰值平均功率比(PAPR)下,新的OFDM传输格式会有更多偶发的峰值功率,使得PA不易被分割。
这将降低频谱屏蔽相符性,并扩大整个波形的EVM及增加BER。
为了解决这个问题,设计工程师通常会刻意降低PA的操作功率。
很可惜的,这是非常没有效率的方法,因为PA降低10%的操作功率,会损失掉90%的DC功率。
现今大部分的RF PA皆支持多种模式、频率范围及调制模式,使得测试项目变得更多。
数以千计的测试项目已不稀奇。
波峰因子消减(CFR)、数字预失真(DPD)及包络跟踪(ET)等新技术的运用,有助于将PA效能及功率效率优化,但这些技术只会使得测试更加复杂,而且大幅延长设计及测试时间。
增加RF PA的带宽,将导致DPD测量所需的带宽增加5倍(可能超过1 GHz),造成测试复杂性进一步升高。
依趋势来看,为了增加效率,RF PA组件及前端模块(FEM)将更紧密整合,而单一FEM则将支持更广泛的频段及调制模式。
将包络跟踪电源供应器或调制器整合入FEM,可有效地减少移动设备内部的整体空间需求。
为了支持更大的操作频率范围而大量增加滤波器/双工器插槽,会使得移动设备的复杂度和测试项目的数量节节攀升。
半导体材料的变迁:Ge(锗)、Si(硅)→→→GaAs(砷化镓)、InP(磷化铟)→→→SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、SiGe(锗化硅)、SOI(绝缘层上覆硅) →→→碳纳米管(CNT) →→→石墨烯(Graphene)。
目前功率放大器的主流工艺依然是GaAs工艺。
另外,GaAs HBT,砷化镓异质结双极晶体管。
其中HBT (heterojunction bipolar transistor,异质结双极晶体管)是一种由砷化镓(GaAs)层和铝镓砷(AlGaAs)层构成的双极晶体管。
CMOS工艺虽然已经比较成熟,但Si CMOS功率放大器的应用并不广泛。
成本方面,CMOS工艺的硅晶圆虽然比较便宜,但CMOS功放版图面积比较大,再加上CMOS PA复杂的设计所投入的研发成本较高,使得CMOS功放整体的成本优势并不那么明显。
性能方面,CMOS功率放大器在线性度,输出功率,效率等方面的性能较差,再加上CMOS工艺固有的缺点:膝点电压较高、击穿电压较低、CMOS工艺基片衬底的电阻率较低。
碳纳米管(CNT)由于具有物理尺寸小、电子迁移率高,电流密度大和本征电容低等特点,人们认为是纳米电子器件的理想材料。
零禁带半导体材料石墨烯,因为具有很高的电子迁移速率、纳米数量级的物理尺寸、优秀的电性能以及机械性能,必将成为下一代射频芯片的热门材料。
射频PA的线性化技术射频功率放大器的非线性失真会使其产生新的频率分量,如对于二阶失真会产生二次谐波和双音拍频,对于三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。
这些新的频率分量如落在通带内,将会对发射的信号造成直接干扰,如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。