【正文】 運用了線性化技術(shù)的功放，就稱為線性功放，它可以較好的解決信號的頻譜再生問題。有趣的是頻譜再生盡管對本信道的影響不大甚至毫無影響，但它將會干擾相鄰信道。第六章 功放設(shè)計中的前饋技術(shù)數(shù)字移動通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是窄帶CDMA和第三代移動通信技術(shù)的發(fā)展，對線性功放提出了新的要求。在功率合成的電路中，除了要求分配單元和合成單元的相位、幅度的一致性，組成功率合成的各個功放單元也必須滿足相位和幅度的一致性要求。功率分配和合成單元的幾個基本要求：有較低的插入損耗，使放大器的輸出功率不會過多的消耗在分配和合成單元中；有較高的隔離度，放大器之間的不會造成交互干擾；有較好的幅度和相位一致性，保證合成效率；有較高的可靠性，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過放大單元中各元件的可靠性，才能保證功率合成的可靠性；有較好的耐功率性，要能保證在任何放大單元損壞時，還能夠繼續(xù)正常工作；功率分配和合成器件從基本組成的方式來劃分包括兩種方式：級聯(lián)的2：1端口的合成和鏈?zhǔn)降姆峙?、合成器。功率合成的簡單原理為：由功率分配單元把輸入信號分配給各路功放單元進行功率放大，再通過功率合成單元把各路功放單元的輸出信號進行功率合成。近年來隨著微波仿真軟件業(yè)的迅速發(fā)展，在匹配電路的設(shè)計上也出現(xiàn)了很多不錯的軟件，如AGILENT公司的ADS、APPWAVE公司的MW OFFICE等，通過這些軟件的仿真，可以更好地、更快地幫助我們對匹配電路進行設(shè)計和仿真；另外現(xiàn)在一般生產(chǎn)微波功率管的廠家在功率管正式推出的同時，也給出了DEMO電路，通過測試DEMO電路和模仿DEMO電路來進行匹配電路設(shè)計，也可以極大地提高我們設(shè)計的速度。電路中如果有振蕩存在（如寄生震蕩和參量振蕩）就會影響到功放的穩(wěn)定性能甚至?xí)斐晒β使艿膿p壞。Z5=+j10Ω取帶線的特征阻抗為40Ω，電長度為16度ZL1=ZL2=+jZ0tan(θ/2)=+同樣等效電路中并聯(lián)的電抗可以忽略不計而對等效電路幾乎沒有影響。在這種情況下，可以通過微帶線和電容并聯(lián)的方式，來提高帶線的特征阻抗。而在實際的應(yīng)用過程中，由于正切函數(shù)的特性（在角度為65度至90度之間，函數(shù)值增長很快），微帶線在較長的電長度情況下不能夠準(zhǔn)確地等效出集總參數(shù)特性，這就要求我們在設(shè)計時盡量把串入的微帶開路支節(jié)的電長度控制在65度范圍之內(nèi)。由微波理論知道：微帶傳輸線的特征阻抗Z0主要和微帶線的寬厚比（W/H）以及所用基材的介電常數(shù)有關(guān)，而微帶傳輸線的輸入阻抗則和它的特征阻抗Z0、電長度θ以及其終端所連接的負(fù)載阻抗ZL相關(guān)，公式如下：Zin=Z0（ZL+jZ0tanθ）/(Z0+jZLtanθ)在設(shè)計中我們經(jīng)常用到公式中的幾種特殊情況：a) ZL =0b) ZL =∞c) θ=900d) θ值比較小（450）當(dāng)ZL =0時，有Zin = jZ0tanθ,即在終端負(fù)載為零，當(dāng)00θ900 時，傳輸線的輸入阻抗呈感性特征；當(dāng)ZL =∞時，有Zin = jZ0/tanθ，即在傳輸線為開路狀態(tài)，當(dāng)00θ900 時，傳輸線的輸入阻抗呈容性特征；當(dāng)θ=900 時，即傳輸線電長度為1/4波長，Zin=Z2O/ZL，電長度為1/4波長的傳輸線轉(zhuǎn)換到100Ω，進行功率分配； 當(dāng) θ值小于450時，分布參數(shù)元件所呈現(xiàn)的特征和集總參數(shù)中的電抗（包括感抗和容抗）特征幾乎可以等效轉(zhuǎn)換。為了簡單起見，我們用一個支節(jié)的LC低通濾波形式實現(xiàn)阻抗變換，先來推算一下變換到50Ω時所需的Q值Q=(Rp/Rs1)=那么Xs=QRs=此電路的等效并聯(lián)電路模式為:Rp=50；Xp=；就是說，在電路上串聯(lián)一個XL=+，就可以把實部阻抗變換到50Ω，最后在電路中并聯(lián)一個Xc=，我們的匹配工作就算完成了。在設(shè)計中，需要注意功率管通常工作在一個頻帶范圍內(nèi)，所以不要把級聯(lián)每支節(jié)電路的Q值設(shè)定的太大，以免影響到頻帶內(nèi)的工作特性如增益平坦度等性能指標(biāo)。通過Q我們可以方便地進行串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的相互轉(zhuǎn)換，從而很容易地得到需要匹配的電抗值。本篇文章重點介紹單級功放的輸入匹配和輸出匹配。理想的匹配電路應(yīng)同時滿足匹配、帶寬、駐波、諧波衰減和線性指標(biāo)等多項要求。第五章 輸入輸出匹配及功率合成技術(shù)在射頻系統(tǒng)中系統(tǒng)阻抗通常為50歐姆；而較大功率的微波功率管的輸入、輸出阻抗值很小，通常只有幾個歐姆或零點幾歐姆，并且隨著功率管輸出功率能力的提高，單管的輸入和輸出阻抗值在逐漸減小。在大功率功放的設(shè)計中如果考慮欠佳有功功率造成電容器溫升過高容易造成電容器損壞，所以在功放的電容選取上一定要注意選取微波電容。C為電容量，L為引線電感。對于功率大的單板采用ATC的100B系列和DLI的C17AH系列即可。對于多層的PCB板，功放的下一層一定要是大面積地，這樣才能更好地保證功放的設(shè)計指標(biāo)。在偏置端同樣是這樣設(shè)計。在這里不詳細(xì)說明。另外，在功放偏置設(shè)計時，應(yīng)將偏置電源穩(wěn)壓后使用。 電源偏置對于功放電路中的電源偏置同樣是非常重要的，電源的偏置不僅可以調(diào)節(jié)功放的增益，尤其在線性功放電路中可以調(diào)節(jié)功放的線性度，在多級功放的調(diào)試中，后級功放的工作狀態(tài)對線性功放的線性影響是最大的。 GaAs器件供電路。主要是用于濾波。另外，在供電電路中的電容中，靠近器件的電容是和器件的隔離耦合電容相同值的電容，況且在PCB布線排列上將此兩個電容分別放在最靠近1/4λ短路線的地方，然后再放置其他的電容。只是對于不同的頻率供電網(wǎng)絡(luò)的電容值不同。CC14：47pF微波電容B型CC1C16：10uF/35V的鉭電容。但是一般給定的是26V和28V，電源供電時可以按這兩種供電。功放電路的電源的供電和偏置設(shè)計不好，將嚴(yán)重影響功放的線性指標(biāo)。器件主要有EMC公司的TVA系列產(chǎn)品和IMS公司的AV0805系列產(chǎn)品，以EMC公司的產(chǎn)品（例如TVA0700N07W3）較好。需要注意的是A/D和D/A要選擇12位或以上的，避免控制的精度不夠造成增益跳動；D/A的輸出濾波要注意，否則會產(chǎn)生寄生調(diào)制，影響射頻輸出的雜散；另外，開環(huán)工作時對壓控衰減器的控制電壓衰減量曲線的線性要求較高，并且一致性較好，否則會影響補償效果。如果濾波做不好的話可能會造成電路的增益在不停的跳動。 數(shù)字環(huán)路增益控制這個電路和上面所介紹的電路類似，所不同的是用單片機控制的D/A通過驅(qū)動來進行控制衰減器。 模擬環(huán)路增益控制使用模擬環(huán)路增益控制可以在一定程度上抵消放大鏈路的各種環(huán)境變化對增益的影響，并可改善增益平坦度，在非時分的系統(tǒng)中有很好的效果。d) 電調(diào)衰減部分（圖中白色部分）。b) 功率檢測部分（圖中藍色部分）。其功能是當(dāng)輸入信號超過一定電平時，將輸入信號大幅度衰減，以保證后面的功率放大器不被損害。使用該類器件能夠?qū)⑦^激勵部分調(diào)整回安全狀態(tài)。執(zhí)行保護的器件和裝置主要有如下幾類：a) 開關(guān)器件類，用在射頻功率放大器的開關(guān)主要包括直流開關(guān)、射頻開關(guān)，其作用是通過切斷直流電流或射頻激勵達到保護的目的。其功能是將監(jiān)測的狀態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù)置的門限數(shù)據(jù)進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出命令去保護執(zhí)行裝置、顯示告警裝置或者直接通過通信口上報后臺。由于不同的狀態(tài)監(jiān)測對檢測電路的要求是不一樣的，或者同一狀態(tài)檢測不同的系統(tǒng)對檢測電路的要求也是不一樣的。可以用電流檢測進行電流狀態(tài)監(jiān)測。b) 電壓取樣電路。根據(jù)檢測電路輸入和輸入的對應(yīng)關(guān)系，可將功率檢測電路分為：l 對數(shù)功率檢測電路，即檢波輸出電平與輸入功率的對數(shù)呈線性變化關(guān)系的功率檢測電路。平均功率檢測電路一般是在峰值功率檢測的基礎(chǔ)上加上平滑濾波電路即可。功率檢測電路可用作激勵狀態(tài)監(jiān)測、匹配狀態(tài)監(jiān)測、輸出功率狀態(tài)監(jiān)測、增益狀態(tài)檢測的基本檢測單元。e) 增益狀態(tài)監(jiān)測：監(jiān)測整個功放的增益變化。根據(jù)監(jiān)測的狀態(tài)的不同，將狀態(tài)監(jiān)測分類為：a) 激勵狀態(tài)監(jiān)測；監(jiān)測輸入功率變化。比如限幅器件的本身特性就包含了狀態(tài)檢測、判斷比較、執(zhí)行保護，只不過是這些過程不是靠其他器件完成，而是靠器件本身的特性完成的。根據(jù)來自比較判斷的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的保護動作。通過傳感器實時跟蹤相關(guān)狀態(tài)的變化，為保護提供實時數(shù)據(jù)。e) 失配保護。通過對功放的輸入功率進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)功放過激勵，自動切斷輸入信號或者自動大幅度衰減輸入信號，以達到保護功放的目的。c) 過激勵保護，當(dāng)輸入功率超過功率放大器安全工作范圍時，對功放實施的保護。如果給功率放大器饋電的電源模塊具有限流功能，那么該限流功能能夠防止功放出現(xiàn)過流。l 壓敏電路；通過并聯(lián)壓敏電阻或者其他壓敏器件，當(dāng)電壓超過壓敏器件的臨界電平時，壓敏器件產(chǎn)生短路效應(yīng)，拉低電平，從而達到保護的目的。負(fù)載開路/短路或失配使功放輸出端呈現(xiàn)比較高的駐波分布，使射頻能量不能有效的傳輸出去，大部分能量轉(zhuǎn)換成熱，造成熱積累，一方面降低了功放效率，另一方面，將造成功放熱燒毀。引起過壓的情況有：l 功放直流饋電電路部分出現(xiàn)元器件失效，引起過壓；l 與功放相關(guān)的控制和電源部分出現(xiàn)故障產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，引起的過壓；c) 過流引起的失效；功放的工作電流超出其正常工作電流而引起的失效。運輸、接觸導(dǎo)致靜電作用于功率管的電極，產(chǎn)生擊穿效應(yīng)，使器件永久失效。l 對射頻過載比較敏感，既對射頻輸入功率過載比較敏感，對輸出失配比較敏感。在整個無線發(fā)射鏈路成本構(gòu)成來看，功率放大器的成本比例大于50%（絕大多數(shù)），而且功率越大，其所占成本比例就越大?？傊?，射頻功放的設(shè)計步驟可以歸納為，首先要根據(jù)給定（或需要）的技術(shù)指標(biāo)和功能指標(biāo)制定設(shè)計方案；然后根據(jù)設(shè)計方案選擇具體線路形式及關(guān)鍵器件；具體線路形式及關(guān)鍵器件確定之后，在仿真的基礎(chǔ)上，進行PCB設(shè)計(包括結(jié)構(gòu)實驗件的設(shè)計)；在各單元板專題實驗的基礎(chǔ)上，進行各單元板的詳細(xì)設(shè)計與結(jié)構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(包括熱設(shè)計與電磁屏蔽，可生產(chǎn)性、可測試性的設(shè)計)；根據(jù)一板調(diào)試情況，結(jié)合高低溫摸底結(jié)果，進行二板改進設(shè)計，爭取在二板中解決所有問題，盡量避免三板設(shè)計的發(fā)生。 進行專題實驗或一板實驗具體線路形式及關(guān)鍵器件確定之后，在仿真的基礎(chǔ)上，進行PCB設(shè)計，同時需要結(jié)構(gòu)實驗件的要進行配套結(jié)構(gòu)件的設(shè)計，通過實驗來驗證設(shè)計方案的可行性，進而轉(zhuǎn)入下一步的詳細(xì)設(shè)計階段。由于LDMOS管子的高增益、高效率和良好的線性特性，以及其較好的性價比，目前在中大功率的射頻放大器中LDMOS管被廣泛地應(yīng)用。由（3）式可知兩級放大器的IMD3如（4）所示：IMD3= 10log(10d1/10+10d2/10) =d2+10log[1+10(d1 d2)/10] 　　　　　　　　　 （4）假設(shè)兩級放大器的三階交調(diào)系數(shù)之差的絕對值為A，即A= d1d2，則驅(qū)動級的IMD3對末級的IMD3的影響值B(末級交調(diào)惡化值)可用下面的（5）式來表示：B=10log[1+10A/10] 　　　　　　　　　　　　　　?。?）（5） 級聯(lián)放大器中驅(qū)動級交調(diào)系數(shù)對末級交調(diào)系數(shù)的影響曲線同樣由(5)式可得到不同A值時惡化值B， A 、B對應(yīng)值A(chǔ)驅(qū)動級優(yōu)于末級的IMD3(dB)B末級交調(diào)惡化值(dB)035101520，驅(qū)動級優(yōu)于末級的IMD3越大，則級聯(lián)放大器的交調(diào)系數(shù)惡化值越小。一般先選定末級功率管，然后再依次逐級選定前面各級功率管，選管的原則是前一級的主要指標(biāo)（如ACPR）不能引起后一級指標(biāo)的惡化，更不允許前一級的輸出功率大于后一級的輸入功率。 射頻放大鏈路形式與關(guān)鍵器件選擇及確定 射頻放大鏈路射頻放大鏈路的形式主要依據(jù)整機分配給鏈路的增益、額定輸出功率、增益平坦度、線性度（ACPR/IMD）、功耗/效率等指標(biāo)來確定。另外前饋方案對每對對消通道在工作頻帶內(nèi)的增益平坦度和相位平坦度的要求是比較嚴(yán)的，而增益和相位容易受到溫度、電壓、功率等因素的影響，實際的改善效果與理論值會有一定的差距。 前饋及預(yù)失真技術(shù)比較線路技術(shù)矯正能力帶寬優(yōu)點缺點相對成本前饋20~30dB25MHz改善線性最好，帶寬最寬線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，改善量受制于控制電路對兩個環(huán)路的增益及相位的處理能力，受制于DG、DF高預(yù)失真3~7dB25MHz簡單，微波段和中頻段均能實現(xiàn)矯正能力有限低自適應(yīng)預(yù)失真10~20dB10~15 MHz微波段和中頻段均能實現(xiàn)較復(fù)雜中 前饋放大器。A類放大器的三階交調(diào)系數(shù)IMD三階交截點IP3及輸出功率Pout的關(guān)系見(1)式IMD3(dBc)=2[ IP3 (dBm)Pout(dBm)] (1)、。目前用在AB類的管子主要選LDMOS管，AB類放大器用最大包絡(luò)功率PEP來描述其功率容量，類似A類的1dB壓縮點。為了避免這個問題，建議在小功率放大器(平均功率輸出163。比如，完成一個30W平均輸出功率的HPA，就需要至少有300W的耗電，并且工作電流隨輸出功率變化的值不大。一般來講，A類放大器在1dB壓縮點輸出時，三階交調(diào)系數(shù)約為－ (通常?。?0dB)。制定設(shè)計方案的主要依據(jù)是指標(biāo)要求中的額定輸出功率、線性度（ACPR/IMD）、載波數(shù)、功耗/效率等指標(biāo)。 定設(shè)計方案在進行射頻功放設(shè)計時，我們首先要根據(jù)給定（或需要）的技術(shù)指標(biāo)和功能指標(biāo)制定設(shè)計方案。A類放大器具有良好的線性放大性能，其三階交調(diào)系數(shù)與輸出功率的變化關(guān)系是：輸出信號功率減小3dB（即減小一半功率），則三階交調(diào)抑制改善6dB。這是因為實際應(yīng)用中A類放大器在它的1dB壓縮點輸出功率時，其效率只有10％。這樣就加大了HPA的成本和體積，增大了研制成本和難度。由于單管的輸出功率高，僅需少量的功率管即可做到較高的輸出功率，所以成本較低，且散熱和結(jié)構(gòu)設(shè)計可以簡單化。總之功率回退法的優(yōu)點是簡單、易實現(xiàn)，缺點是受功率管P1dB限制。下面將前饋及預(yù)失真技術(shù)的優(yōu)缺點做一簡單比較，(這兩種技術(shù)的詳細(xì)介紹請參考后面的專題)。時，改善效果理論上可以達到30dB。 預(yù)失真技術(shù)原理框圖 選擇確定具體線路形式及關(guān)鍵器件設(shè)計方案確定后，就可以根據(jù)設(shè)計方案選擇具體線路形式及關(guān)鍵器件，包括射頻放大鏈