射頻放大器學習

射頻發(fā)射機組成在射頻前端電路中主要有：混頻器，調(diào)制器，振蕩器和功率放大器。射頻功率放大器是無線發(fā)射機中的核心模塊之一，要求輸出大功率給外部負載。功率放大器通常是無線收發(fā)機中功耗最大的模塊，為了降低功耗，延長電池壽命，要求它具有較高的效率。隨著通信技術的發(fā)展，信道容量急劇增加，許多無線通信系統(tǒng)都采用了幅度/相位組合調(diào)制技術，功率放大器在輸出大功率時要防止發(fā)生幅度失真，這就對功率放大器的線性度提出了很高的要求。功率放大器的分類

功率發(fā)大器傳統(tǒng)功放開關模式功放A類B類AB類D類E類F類各種工作狀態(tài)的效率和線性性功率放大器的主要性能參數(shù)

功率放大器與小信號放大器的主要區(qū)別就是小信號放大器工作在小信號狀態(tài)，一般用來提供放大的電流或者電壓；而功率放大器工作在大信號狀態(tài)，主要是提供功率輸出，同時也必須具有足夠的電流驅(qū)動能力。對于功率放大器來說，不僅要考慮電壓增益，還要考慮功率增益。1．輸出功率射頻功率放大器的負載通常為天線，射頻天線的等效阻抗一般為50?。

射頻功率放大器的輸出功率定義為功率放大器驅(qū)動給負載的帶內(nèi)射頻信號的總功率，并不包括諧波成分以及雜散成分的功率。2．效率

功率放大器的效率是用來衡量放大器將電源消化的功耗轉(zhuǎn)化為射頻輸出功率的能力，是衡量功率放大器性能的一個重要參數(shù)。效率有漏極效率和功率附加效率兩種表示方式。漏極效率(DrainEfficiency)：

在輸入信號作用下，直流電源提供的直流功率PDC中，一部分被轉(zhuǎn)換為輸出信號功率Pout,其余部分將消耗在功放電路中。放大器的漏極效率?定義為：由此可見，在輸出功率一定的條件下，提高效率就意味著電源供給功率和放大器損耗功率降低。這對于降低能源損耗，減小成本具有非常重要的意義。3.線性度

功率放大器的線性度可以根據(jù)不同的應用而采用不同的衡量參數(shù)。比較常用的是1dB壓縮點和三階交調(diào)點。1dB壓縮點(P1dB)是輸出功率的性能參數(shù)。壓縮點越高意味著輸出功率越高。P1dB是指與在很低的功率時相比增益減少1dB時的輸入(或輸出)功率點。放大器有一個線性的動態(tài)范圍，在這個范圍內(nèi)，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。隨著輸入功率的繼續(xù)增加，放大器進入非線性區(qū)。功率附加效率(PowerAddedEfficiency,PAE)：其中G為功率增益即放大器的輸出信號功率與驅(qū)動信號功率的比值

漏極效僅考慮了電源上的之流功耗轉(zhuǎn)化為射頻輸出功率的能力，而功率附加效率將功率放大器的驅(qū)動信號功率也考慮在內(nèi)，因此功率附加效能更加準確地反映功率放大器的效率性能。

三階交調(diào)點是表示線性度或失真性能的參數(shù)。IP3高表示線性度越好和更少的失真。IP3是在基波和三階失真輸出曲線交點的理論輸入功率。A線是基波(有用的)信號輸出功率隨輸入功率變化的曲線，B線是三階失真輸出功率隨輸入功率變化的曲線。B線的斜率是A線斜率的3倍，理論上會與A相交。這個交點就是三階截取點。在這一點時假設的輸入功率就是輸入IIP3，輸出功率就是輸出OIP3。此外衡量線性度的參數(shù)還有：相鄰信道功率比(AdjacentChannelPowerRatio，ACPR),頻譜掩膜版,錯誤向量幅度(ErrorVectorMagnitude,EVM)。衡量放大器性能指標的還有：穩(wěn)定性，S參數(shù)等等。射頻放大器的總體電路結構框圖功放的管子選擇集成電路的已發(fā)展到系統(tǒng)級芯片的階段。隨著CMOS工藝的不斷進步，由于CMOS電路的低成本，低功耗，速度的不斷提高以及易集成等特點，MOS管在集成電路中的應用越來越普遍。對于MOSFET的選擇我們可以假設其處于線性區(qū)：放大倍數(shù)正比于跨導，根據(jù)上述公式可以知道，在一定條件下，遷移率越高，其放大倍數(shù)越大。所以我們選擇NMOS。阻抗匹配在射頻電路與系統(tǒng)設計中，經(jīng)常使用阻抗匹配網(wǎng)絡。為了讓放大器從信號源獲得最大的功率，需使匹配網(wǎng)絡的輸入阻抗等于信號源阻抗的共軛；為了讓放大器向負載傳輸最大的功率，需使匹配網(wǎng)絡的輸出阻抗等于負載阻抗的共軛。然而在功率匹配的時，雖然負載上得到的功率最大，但功率匹配時源阻抗上消耗了同負載阻抗一樣的功率。所以我們一般采用負載線匹配。

A類放大器舉例說明A類放大器的一般結構：圖中AB線為采用功率匹配，C