微波功率放大器课件
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射频与微波电路设计介绍-7-功率放大器设计介绍
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
热设计与散热问题解决方案
热设计基本原理
阐述热设计的基本原理，包括热传导、热对流、热辐射等 概念。
散热问题解决方案
探讨散热问题的解决方案，如采用高效散热器、使用热管 技术等，并分析其优缺点。
热设计与散热问题实例分析
给出热设计与散热问题的实例分析，包括热仿真、热测试 等方面。
05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
05
射频与微波功率放大器仿真与测 试方法
01
02
03
04
高集成度
随着半导体工艺的发展，射频 与微波电路将实现更高的集成
度，减小体积和重量。
高性能
采用新材料和新技术，提高电 路的性能指标，如更高的工作 频率、更低的噪声系数等。
多功能融合
将不同功能的电路模块集成在 一起，实现多功能融合，满足
复杂应用场景的需求。
智能化
引入人工智能和机器学习技术 ，实现电路的自适应调整和智 能化管理，提高系统性能。
连接测试仪器，设置合 适的测试参数（如频率 、功率等）。
对功率放大器的各项性 能指标进行测试，如输 出功率、增益、效率等 。
通过输入不同幅度和频 率的信号，观察功率放 大器的输出信号是否失 真，评估其线性度性能 。
在长时间工作和不同环 境温度下，测试功率放 大器的稳定性和可靠性 。
测试平台搭建及测试步骤说明
第3章功率放大器PPT课件
缺 双电源， 点 电源利用率不高
最大输出功率
主
Pom
1 2
V
2 CC
RL
要 公
直流电源消耗功率
PE
2 VC
CIcm
式 效率 理 想 78.5%
最大管耗 PC1m 0.2Pom
OTL
结构简单，效率高，频率 响应好，易集成，单电源
输出需大电容， 电源利用率不高
Pom
1 8
V
2 CC
RL
PE
1 VC
CIcm
甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。
单管甲类电路
做功放适合吗？
乙类推挽电路 iB
0
u BE
UomVCC2UCES
信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 β为常量，则负载
上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
OTL 电路
输入电压的正半周：
＋VCC→T1→C→RL→地
＋
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的 “＋”→T2→地→RL→ C
“ －” C 放电。
静态 uI 时 U B， U EV 2 CC
Uom(VCC
2)UCES 2
C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。
开启 电压
① 静态时T1、T2处于临界导通状态， 有信号时至少有一只导通；
② 偏置电路对动态性能影响要小。
消除交越失真的互补输出级
静 态UB ： 1B2UD1UD2 动 态ub： 1ub2ui
若I
＞
2
微波电路与系统放大器稳定性ppt课件
Smith圆图内所有点始终都处于稳定状态。这 个概念对输入、输出端口都适用。若lS11 l<1 和lS22 l<1，则绝对稳定条件为：
句话说，即稳定性判定圆必须完全落在单位圆
和
．之外
稳定性系数K
稳定因子(Rollett因子)K
稳定参数
ADS中的稳定性控件
K
B1
μ
μ‘
ADS中的输入稳定性圆 和输出稳定性圆
放大器的稳定措施
稳定有源器件的一个方法就是在其不稳定的端 口增加一个串联或并联的电阻。图9．10给出 了输入端口的电路。
放大器的稳定措施（续1）
这个电阻必须与
一起抵消掉
的
负值成分。因此，我们要求：
其中， 。
可以由 求得； 是源端内阻
同理，可以给出输出端口的稳定电路和相应相 应的稳定条件：
双向设计首先了解器件的输入/输出稳定性园
改善稳定性的措施
通过在输入回路添加串联电阻或在输出回路添 加并联电阻可以很容易地改善晶体管的稳定性 使其变为无条件稳定。例如本例中的晶体管在 500MHz时，输入端添加一个R=0.18(50) = 9Ω 或R= 1/(0.117*0.02) = 430 Ω 的并联电 阻就会使输入和输出稳定性园出现在原图之外 。当然对具有一定带宽的放大器，在设计完输 入输出匹配电路以后必须检查在整个频带的稳 定性。如果改善稳定性的电阻包含在匹配网络 中，通常它不会影响增益。
仿真模型
仿真结果
仿真结果表 明该器件不 是单向的。 在500MHz 如果采用单 向近似，将 会引入超过 1dB的误差 。
双向设计
如果器件设计频率是无条件稳定（K > 1），于是 输入输出可以共轭匹配并能够获得最大可用增益 。ΓMS 和 ΓML 能够被唯一地确定。在这种状态输 入输出电压驻波比VSWR= 1 。 共轭匹配反射系 数能够用ADS中S-parameter palette中测量方程 图标Smgam1和Smgam2 计算。
句话说，即稳定性判定圆必须完全落在单位圆
和
．之外
稳定性系数K
稳定因子(Rollett因子)K
稳定参数
ADS中的稳定性控件
K
B1
μ
μ‘
ADS中的输入稳定性圆 和输出稳定性圆
放大器的稳定措施
稳定有源器件的一个方法就是在其不稳定的端 口增加一个串联或并联的电阻。图9．10给出 了输入端口的电路。
放大器的稳定措施（续1）
这个电阻必须与
一起抵消掉
的
负值成分。因此，我们要求：
其中， 。
可以由 求得； 是源端内阻
同理，可以给出输出端口的稳定电路和相应相 应的稳定条件：
双向设计首先了解器件的输入/输出稳定性园
改善稳定性的措施
通过在输入回路添加串联电阻或在输出回路添 加并联电阻可以很容易地改善晶体管的稳定性 使其变为无条件稳定。例如本例中的晶体管在 500MHz时，输入端添加一个R=0.18(50) = 9Ω 或R= 1/(0.117*0.02) = 430 Ω 的并联电 阻就会使输入和输出稳定性园出现在原图之外 。当然对具有一定带宽的放大器，在设计完输 入输出匹配电路以后必须检查在整个频带的稳 定性。如果改善稳定性的电阻包含在匹配网络 中，通常它不会影响增益。
仿真模型
仿真结果
仿真结果表 明该器件不 是单向的。 在500MHz 如果采用单 向近似，将 会引入超过 1dB的误差 。
双向设计
如果器件设计频率是无条件稳定（K > 1），于是 输入输出可以共轭匹配并能够获得最大可用增益 。ΓMS 和 ΓML 能够被唯一地确定。在这种状态输 入输出电压驻波比VSWR= 1 。 共轭匹配反射系 数能够用ADS中S-parameter palette中测量方程 图标Smgam1和Smgam2 计算。
微波功率放大器PPT课件
dB )
M 3 dB
23.75 2
1
Pout
dB
M 3 dB
2
23.75
1
P1dB
P1dB
P
需要输入功率： Pin dB Pout dB G0 dB
• 三阶交调截止点
M 3dB 2(Pout dB IP3 )
IP3 P1dB 12
这个规律虽不严格但非常准确。
既反映功率转换能力又反映功率放大能力。
4. 1dB压缩点(1dB Gain Compressed Point)输出功率 P1dB
Pout(dBm)
P1dB
1dB
G(dB)
G0
G1dB
1dB
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
0
Pin <1d率
P1dB-- G1dB对应的输出功
µ÷Åä Æ÷2
VSWR1
Zin(f)
Zout(f)
VSWR2
• 在一定频率及输入电平下，调整工作点及调配器，使输出功 率最大、同时效率较高(偏置电流小)时，得最佳负载状态。
• 用共轭替代法，用网络分析仪测出此状态下两端输入、输出 阻抗，用于功放匹配网络设计。
这种方法的功放非线性是不可预估的，故对线性功放的
三阶交调分量：
1 2
3 8
k3
A3
cos2w1
w2
t
cos2w2
w1 t
• 1dB压缩点三阶交调系
数
三阶交调分量电压幅度
M 3 1dB 20lg
基波电压幅度
1dB 23.75dBc
《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
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。
微波功率放大器设计及其应用研究
微波功率放大器设计及其应用研究一、微波功率放大器的设计原理1.1微波功率放大器的基本原理线性功率放大器的设计原理主要是通过使用有效的线性电路元件实现输入-输出线性关系，以尽可能保持信号的准确性和完整性。
常见的线性功率放大器包括B类功率放大器、AB类功率放大器和A类功率放大器。
非线性功率放大器的设计原理则注重于输出功率的最大化和效率的提高。
通过使用非线性元件来实现高效能的功率放大器，如C类功率放大器和D类功率放大器。
此类功率放大器常用于需要高功率输出但对信号质量要求较低的应用，如调频广播、通信传输等。
1.2微波功率放大器的设计要求1）增益和带宽：功率放大器应具有较大的增益和宽带特性，以保证微波信号能够被放大并保持信号的准确性。
2）线性度：对于线性功放，线性度是一个重要的设计参数，它直接影响着微波信号的失真程度。
因此，设计时要注意保持线性工作区域，以避免信号失真。
3）功率输出：功率放大器应能够提供所需的输出功率，并在整个工作频率范围内保持稳定。
4）效率：功率放大器的效率是指其输入功率和输出功率之间的比值。
高效的功率放大器不仅可以减少功耗，还可以减少散热问题。
5）稳定性：功率放大器应具有良好的热稳定性和电稳定性，以确保电路在各种环境条件下的可靠性。
二、微波功率放大器在通信系统中的应用研究2.1无线通信系统中的功率放大器无线通信系统中的功率放大器是将低功率微波信号放大成高功率信号，以扩大通信距离和提高通信质量。
在无线通信系统中，功率放大器通常用于射频发射系统、基站天线放大系统和卫星通信系统中。
2.2雷达系统中的功率放大器雷达系统中的功率放大器主要用于增强雷达发射信号的功率，以提高雷达系统的射程和目标检测能力。
功率放大器在雷达系统中通常用于雷达天线放大系统和雷达发射系统中。
2.3频谱监测中的功率放大器频谱监测是对无线电频谱进行监测和分析的过程，其主要目的是检测和定位无线电频谱中的干扰源和恶意干扰。
频谱监测中通常需要使用高功率放大器来增加接收信号的信噪比和动态范围，以提高干扰源的检测能力。
微波功率放大器全解共42页
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之易安ຫໍສະໝຸດ 。46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
微波功率放大器全解
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
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23.75 2
1
Pout
dB
M 3 dB
2
23.75
1
P1dB
P1dB
P
需要输入功率： Pin dB Pout dB G0 dB
• 三阶交调截止点
M 3dB 2(Pout dB IP3 )
IP3 P1dB 12
这个规律虽不严格但非常准确。
10
7. 调幅、调相转换系数
M3 1dB -
23dB
7
6. 三阶交调截止点
1
A很小时的基波： 2 k1A
三阶交调分量：
1 2
3 8
k3
A3
2
2
基波输出功率：
Pout
dB
10 lg
k1 A / Z0
2
A/ 2 10 lg k12 10 lg Z0
G0 dB Pin dB
三阶交调输出功率：
2. 电源效率
晶体管放大器射频输出 功率 直流电源供给的直流功 率
Pout PDC
反映了把直流功率转换成射频功率的能力，但不能反映功 率放大能力。
1
3.
功率附加效率(Power
added
efficiency)add
Pout Pin PDC
既反映功率转换能力又反映功率放大能力。
4. 1dB压缩点(1dB Gain Compressed Point)输出功率 P1dB
3k3 A3 / 8 /
P3 dB 10 lg
Z0
k3' dB 3Pin dB
2
2
10
lg(
3 2
k3
Z
0
)
2
10lg
A/ 2 Z0
2
3
结论：当Pin减小1dB时，Pout减小1dB，P3减小3dB 即：输入功率每减小1dB，三阶交调系数改善2dB。 8
k1
A
9 8
k3 A3
cos
w1t
cos w 2 t
三阶交调分量：
1 2
3 8
k3
A3
cos2w1
w2
t
cos2w2
w1 t
• 1dB压缩点三阶交调系数
三阶交调分量电压幅度
M 3 1dB 20lg
基波电压幅度
1dB 23.75dBc
实际经验值略小，通常取
基波电压增益：
GV
k1
3 4
k3 A2
GV
3 4
k
3
A2
GV
3 4
k3
A2
k1
低频无相移网络
q
k1
微波有相移网络
• 输入幅度变、相位变，输出则也会幅度变、相位变。
• 输入幅度变，输出幅度和相位都会变，叫调幅、调
相
(AM/PM)转换现象。
11
调幅信号(A变化) ：
输入 V A(t) coswt 输出 V0 g( A) cos[wt q ( A)]
最靠近有用信号的杂波分量，将造成话路串扰、误码率增加。
4
三阶交调电压幅度 • 三阶交调系数 M 3 20lg 输出基波电压幅度 dB
衡量放大器非线性失真的程度
V0
输入输出电压拟合： V0 k0 k1V k2V 2 k3V 3
(k0，k1，，为实常数，V<1)
0
V
放大器输入、输出曲线
• 输入功率继续增大，功放输出功率出现非线性，输出功率 与输入功率的比值即增益减小；
• 当功放增益比小信号线性增益G0下降1dB时，称为“1dB压缩 点增益”G1dB，对应的输出、输入功率称为“1dB压缩点输 出功率”P1dB及“1dB压缩点输入功率”Pin <1dB> 。
在P1dB点有：
10lgP1dB=10lg(G0·Pin<1dB>)-1 dB 即
G(dB)
20
lg
k1 A
3k3 A3 A
/
4
20
lg(k1
3 4
k3 A2 )
小信号功率增益：
G0 (dB)
20 lg
k1 A A
20
lg
k1* k1为小信号电压增益来自k3为负，代表压缩特性。6
输入：
V
A 2
cosw1t
A 2
cosw2t
(使总功率保持不变)
输出基波：
1 2
• 任意输入功率时的三阶交调系数 M 3 dB 23.75 2(Pin 1dB Pin dB )
• 为获得高指标线性度常用功率倒退 法：
Pout(dBm)
Èý ½×½» µ÷
P1dB Pout a
1dB
½Ø Ö¹ µã IP3
1 1
输入功率倒退1dB，M3改善2dB。
由于 P1dB Pin 1dB G0 dB 1
Pout(dBm)
P1dB
1dB
G(dB)
G0
G1dB
1dB
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
0
G1dB-- 增益下降1dB点 输出功率
Pin <1dB>-- P1dB对应的输入功率
Pin <1dB> Pin(dBm)
P1dB-- G1dB对应的
2
有关定义：
• 输入功率较小时，增益为常数，称为小信号线性增益G0；
§1.8 微波功率放大器
§1.8.1 基本指标
1. 功率单位
微波功率放大器一般指P>1W。目前，商品可到百瓦(厘米波段) 单位：dBm，以1毫瓦(mW)为基准计量的倍数。
P(dBm) 10lg P0 (mW ) 1mW
10lg 1W 30dBm 1mW
例如：1mW=0dBm 1W=1000mW=30dBm 10W=40dBm
g(A)：AM－AM特性，输入输出幅度不成正比 q(A)： AM－PM特性，输入输出相位有变化 输入信号幅度变化引起：交调失真、群时延失真、频谱展宽
P3 a
小信号工作时 Pout dB Pin dB G0 dB
Pout dBP1dB 1
M3 dB
3 1
Pin a Pin(dBm)
M 3 dB 23.75 2(P1dB Pout dB 1)
9
倒退值：
P
( P1dB
Pout
dB )
M 3 dB
P1dB=Pin<1dB>+G0dB-1
dBm
或
dB
G1dB=G0dB-1
3
5. 三阶交调(Intermodulation)系
数
• 放大特性出现非线性时，多个微波信号之间将出现交叉调
制
mw1 nw2
谐波。
P
P
w1 w2 w
w1 w2
w
2w1-w2
2w2-w1 3w2-2w1
• 三阶交调分量(|m|+|n|=3时)：2w1 w2 2w2 w1
输入信号： 输出信号：
V Acoswt
V0
k0
1 2
k2 A2
k1
A
3 4
k3
A3
cos
wt
1 2
k2
A2
cos
2wt
1 4
k3 A3
cos 3wt
5
非线性基波电压增益：
GV
k1 A 3k3 A3 / 4 A
k1
3 4
k
3
A2
非线性基波功率增益：