射頻功放答辯答辯

射頻功率放大器設(shè)計(jì)答辯人：張斌專業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師：張媛媛第一部分：課題的研究背景以及新發(fā)展現(xiàn)狀第二部分：基礎(chǔ)理論知識(shí)第三部分：射頻功率放大器的仿真及優(yōu)化答辯流程第一部分

射頻功放的研究目的以及發(fā)展現(xiàn)狀射頻功放概述

顧名思義，射頻功率放大器的主要功能是放大射頻信號(hào)，它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。電磁波在空氣中傳播的過程中能量會(huì)逐漸的衰減，并且會(huì)遇到各種阻礙，所以功率放大器就是將已調(diào)制的載波信號(hào)進(jìn)行足夠的功率放大，使得在距離天線一定的范圍之內(nèi)的接收機(jī)可以接收到信號(hào)，通過解調(diào)來獲取準(zhǔn)確的信息。射頻功率放大器的輸出功率范圍，可以小到便攜式發(fā)射機(jī)的毫瓦級(jí)，大到無線電廣播電臺(tái)的幾十千瓦，甚至兆瓦級(jí)。射頻功放的研究意義射頻功放主要應(yīng)用于無線通信當(dāng)中，最顯著的表現(xiàn)就是無處不在的手機(jī)，它使人與人之間的聯(lián)系更為密切也更加方便，使我們的社會(huì)變得更加的緊密，大大提升了世界的一體化進(jìn)程，可以說手機(jī)已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分了。因此射頻功放的研究勢(shì)在必行。發(fā)展現(xiàn)狀

功率放大器發(fā)展至今，己經(jīng)廣泛的應(yīng)用于軍用、民用通信領(lǐng)域。現(xiàn)代通信的發(fā)展對(duì)帶寬、線性和效率等指標(biāo)提出了更高的要求。相應(yīng)的功放研究也成了未來的趨勢(shì)和熱點(diǎn)。隨著材料、計(jì)算機(jī)以及功放相關(guān)理論的進(jìn)一步發(fā)展，可以預(yù)見指標(biāo)更優(yōu)的功率放大器不久將會(huì)出現(xiàn)，并服務(wù)于無線通信領(lǐng)域

軍用領(lǐng)域：軍用電臺(tái)的語音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、雷達(dá)、導(dǎo)航、定位、遙控遙測(cè)等單一或多功能作戰(zhàn)平臺(tái)

民用領(lǐng)域：廣播發(fā)射機(jī)、電視發(fā)射機(jī)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)、第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)、藍(lán)牙(Bluetooth)、無線局域網(wǎng)(WLAN)第二部分

射頻功放的基礎(chǔ)理論知識(shí)

射頻功放分類

根據(jù)功放場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)與輸入信號(hào)周期相對(duì)比，可將功放分為以下幾類：A類：在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)功放管都是完全導(dǎo)通的（理想）B類：功放管在處于導(dǎo)通的狀態(tài)只有輸入信號(hào)的半個(gè)周期C類：功放管在處于導(dǎo)通的狀態(tài)小于輸入信號(hào)的半個(gè)周期時(shí)A類B類C類性能指標(biāo)功率增益：功率增益(G)表征的是功率放大器對(duì)信號(hào)的放大能力

增益平坦度:增益平坦度(ΔG)是指在相同的輸入功率情況下功率放大的輸出功率幅度隨頻率的變化而出現(xiàn)波動(dòng)的范圍

效率:為保證頻帶信號(hào)無失真地通過放大電路，要求其增益頻率響應(yīng)特性必須有與信號(hào)帶寬相適應(yīng)的平坦寬度

噪聲系數(shù):噪聲系數(shù)(NF)的定義是輸入輸出的信噪比之比取對(duì)數(shù)

輸入輸出駐波比:輸入輸出駐波比(VSWR)表征的是在系統(tǒng)要求的阻抗下，功率放大器輸入輸出端口的阻抗匹配程度。

三階互調(diào)抑制:三階互調(diào)抑制(IM3)是指在有兩個(gè)頻率間隔較近的載波互相調(diào)制而產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物中三階分量相對(duì)于載波功率的比值

偏置電路

功率放大器設(shè)計(jì)的第一步就是確定晶體管的靜態(tài)直流工作點(diǎn)，偏置的作用是在特定的工作條件下為有源器件提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，并抑制晶體管的離散性以及溫度變化的影響從而保持恒定的工作特性。

偏置網(wǎng)絡(luò)不僅要設(shè)定直流工作狀態(tài)，還要通過高頻扼流線圈和隔直電容確保直流偏置與射頻信號(hào)相互隔離。

為穩(wěn)定性判別系數(shù)，只有當(dāng)式中的3個(gè)條件都滿足時(shí)，才能保證放大器是絕對(duì)穩(wěn)定的匹配技術(shù)

匹配網(wǎng)絡(luò)的用途在于當(dāng)源阻抗和負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，為了能使信號(hào)功率最大程度到達(dá)負(fù)載，通常做法是在源和負(fù)載之間插入一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)使源阻抗和負(fù)載阻抗匹配。在實(shí)際設(shè)計(jì)射頻功率放大器時(shí)，匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，他直接決定了功率放大器的好壞。負(fù)載牽引

對(duì)于功率放大器，總存在最大輸出功率和與之對(duì)應(yīng)的最佳輸出阻抗。負(fù)載牽引就是利用AWR軟件中自帶的wizard腳本功能，得到輸入輸出匹配電路的端口阻抗值。功率分配

功率分配器是無源微波器件，用于功率分配或功率合成。在功率分配中，一個(gè)輸入信號(hào)被耦合器分成兩個(gè)（或多個(gè)）較小的功率信號(hào)。功率分配器最簡單的形式是三端口網(wǎng)絡(luò)，其必然滿足三端口網(wǎng)絡(luò)的一般規(guī)律?；ヒ谉o耗三端口網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)端口不能同時(shí)匹配，也就是說，互易無耗的三端口網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)功分，總是會(huì)引入額外的反射；要想沒有反射，必須采用有耗的，或者非互易的三端口網(wǎng)絡(luò)。

第三部分

射頻功放的設(shè)計(jì)仿真以及優(yōu)化

要求場(chǎng)效應(yīng)管：NXP_BLF6G21_10G

微帶基片：FR-4基板厚度1mm，介電常數(shù)4.4；

參考指標(biāo)：中心頻率0.85～1GHz，帶寬15%；

輸出功率大于30dBm；

增益20dB；

三階互調(diào)小于-33dBc。

射頻功率放大器原理圖直流掃描對(duì)本次功放設(shè)計(jì)中的場(chǎng)效應(yīng)管（NXP_BLF6G21_10G）進(jìn)行直流掃描，以確定靜態(tài)工作點(diǎn)偏置電路對(duì)放大器采用合適的偏置是為了對(duì)其提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使功放管保持一個(gè)比較穩(wěn)定的工作狀態(tài)，并且要使靜態(tài)工作點(diǎn)要相對(duì)穩(wěn)定，不受環(huán)境溫度或功放管的工作狀態(tài)變化而變化，也不能影響功放管的噪聲或增益?；痉螷值大于0，B值小于1的要求負(fù)載牽引