【正文】 由此可見，選擇合適的匹配電容是功放設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，下面我們從高頻損耗和耐壓兩方面來分析怎樣選擇匹配電容。另外，對(duì)于功放前級(jí)的小功率放大，建議采用A類或AB類功率模塊，一則增益高、使用方便，二則能保證在小功率輸出時(shí)具有很高的線性度。目前，LDMOS功率晶體管的生產(chǎn)商主要有MOTOROLA、PHILIPS、ERICSSON等國(guó)外廠商。實(shí)際上，選擇功放管要考慮的因素很多，這里我們就一些對(duì)功放管性能產(chǎn)生巨大影響而又容易被設(shè)計(jì)人員忽略的方面來分析如何選擇合適的功放管以保證功放的性能。 數(shù)字預(yù)失真方案示意圖，PALADIN15的DCSP（Digital Correction Signal Processor，數(shù)字校正信號(hào)處理器）芯片采用PMC的7815，PALADIN18的DCSP芯片采用PMC的7818，兩種電路板的ACPCE（Adaptive Control Processor Compensation Engine，自適應(yīng)控制處理器補(bǔ)償引擎）均采用TI的TMS320C5410數(shù)字信號(hào)處理器，PALADIN15的預(yù)失真處理帶寬為10MHz，PALADIN18的預(yù)失真處理帶寬為15MHz。這種方法具有構(gòu)成簡(jiǎn)單、容易設(shè)計(jì)并且穩(wěn)定性比較好的特點(diǎn)，但是改善效果比較差（45dB），而且無法實(shí)現(xiàn)近、遠(yuǎn)端互調(diào)同時(shí)抑制，也就是說改善了3階改善不了5階，而改善了5階又改善不了3階。自適應(yīng)控制器通過監(jiān)測(cè)取樣的輸入、輸出信號(hào)特性，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)失真器的非線性性能，閉環(huán)控制保證系統(tǒng)的線性化改善效果。正如大家所知道的，RF功率管是功放中最貴重的器件，只有它的用量降下來，才有望大幅度的降低整機(jī)的成本，同時(shí)增加效率。自適應(yīng)控制模塊在該系統(tǒng)中起著很重要的作用，尤其是其作為線性化過程的控制，將直接影響到系統(tǒng)性能的好壞，所以需要對(duì)這部分加以重視。 信號(hào)處理模塊信號(hào)處理模塊包括：D/A變換器、信號(hào)處理器、A/D變換器等。一般來說，誤差放大器的功放部分可以與主功放的激勵(lì)級(jí)相同。如果交調(diào)抵消效率高，則該指標(biāo)可以定的低一點(diǎn)；相反，則該指標(biāo)就應(yīng)該定的高一點(diǎn)。其中主功放模塊由主功放前置電路（PC1）和主功放組成；誤差放大器由誤差放大器前置電路（PC2）和誤差放大器組成 。C ~ +55176。下面介紹一下“30W WCDMA兩載頻線性功放”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。主功放304輸出信號(hào)通過延遲線延時(shí)后進(jìn)入輸出耦合器，與誤差放大器輸出的誤差信號(hào)進(jìn)行反相抵消，得到符合要求的射頻輸出信號(hào)。在功放的線性化技術(shù)中，包括數(shù)字預(yù)失真或前饋技術(shù)，都必須預(yù)先知道功放的頻譜再生分量，即先得到頻譜再生分量的幅度和相位信息。因此。這其中對(duì)分配器和合成器的插入損耗、幅度平衡度和相位平衡度做了較為嚴(yán)格的要求，另外兩路PA增益和相位的一致性也做出了要求。一般來說，在功率合成的電路中，所采用的功率分配單元和功率合成單元的結(jié)構(gòu)基本一致，呈現(xiàn)互易的特性。良好的匹配電路設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠抑制這些不穩(wěn)定性能。而對(duì)于串聯(lián)的兩個(gè)感抗參數(shù)，可以等效為圖表中的第一種模式，等效過程如下：Z4=j25Ω取帶線的特征阻抗為50Ω，電長(zhǎng)度為28度，串聯(lián)的每節(jié)帶線阻抗為ZL1=ZL2=+jZ0tan(θ/2)=+等效電路中并聯(lián)的電抗為j50/sin280=，由于并聯(lián)的電抗值較大，可以把此并聯(lián)的電抗忽略不計(jì)，對(duì)等效電路幾乎沒有什么影響。：　微帶傳輸線模塊表以例1中得出的輸入匹配電路為例來進(jìn)行分布參數(shù)的轉(zhuǎn)換：輸入匹配電路中的3個(gè)并聯(lián)電容可以等效轉(zhuǎn)換為在微帶線中串入一段電長(zhǎng)度小于1/4波長(zhǎng)的微帶開路支節(jié)。例2：在中心工作頻率為500MHz時(shí)， Ω匹配到50ΩZs= Q=首先把此電路等效為并聯(lián)結(jié)構(gòu)模式,計(jì)算可得：Rp=Rs(1+Qs2)=(Ω)Xp1= Xs(Qs2+1)/Qs2=(jΩ)在電路中并聯(lián)一個(gè)XL=,使電路諧振。 用集總參數(shù)元件進(jìn)行阻抗匹配電路的原理及設(shè)計(jì)實(shí)例在集總參數(shù)元件進(jìn)行阻抗匹配電路的設(shè)計(jì)過程中，我們經(jīng)常要用到品質(zhì)因素“Q”的這個(gè)概念，Q的物理意義為電路的儲(chǔ)存能量和消耗的能量之比。在任何一個(gè)功放的設(shè)計(jì)中，錯(cuò)誤的阻抗匹配將使電路工作不穩(wěn)定，同時(shí)也會(huì)造成整個(gè)功放的效率降低，非線性失真的成分加大。由于R的存在，電容的Q值隨工作頻率的上升而下降，頻率相同時(shí)，C越大，Q值越小。對(duì)于輸出功率小的單板可使用ATC的100A以及DLI的C11AH系列。然后才是濾波電容。但是，在功放模塊一般是給定一個(gè)應(yīng)用的環(huán)境，包括偏置電源的電壓，在使用時(shí)我們同樣可以調(diào)節(jié)功放的末級(jí)功放管的和前級(jí)功放管的偏置電壓，使得功放模塊有一個(gè)最佳的穩(wěn)定的線性輸出。R1可以取大一點(diǎn)，1K即可。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，1/4λ的供電阻抗線一般盡量靠近功放器件。 　930～960MHz寬帶器件供電網(wǎng)絡(luò)其中：L1接器件的柵極，L2接功放器件的漏極。但是，在功放的設(shè)計(jì)中，功放電路的供電及其偏置也是非常重要的。這種控制方式需要做較多的實(shí)驗(yàn)來確定衰減系數(shù)。需要注意的是衰減器的工作點(diǎn)不要離最小衰減太遠(yuǎn)，避免在生產(chǎn)或上電、失鎖時(shí)損壞后級(jí)的器件。該部分通過一個(gè)PI型濾波器濾除交變部分和干擾，輸入至比較器電路LM311，將信號(hào)與參考電平進(jìn)行比較，輸出高電平或者低電平至電調(diào)衰減器。 保護(hù)電路舉例分析下面介紹某功放的保護(hù)設(shè)計(jì)電路。 保護(hù)執(zhí)行裝置保護(hù)執(zhí)行裝置是功率放大器的保護(hù)電路中的保護(hù)執(zhí)行者，它根據(jù)來自比較判斷的命令，做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作：進(jìn)入保護(hù)，解除保護(hù)。通過檢測(cè)溫度變化，是溫度/熱監(jiān)測(cè)基本電路。該電路適于檢測(cè)W變化要求的情況。： AD831AD8307的典型應(yīng)用電路l 平均功率檢測(cè)電路：反映載波平均功率變化的功率檢測(cè)電路。d) 匹配配狀態(tài)監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)功放輸出負(fù)載匹配情況。 以上是一個(gè)完整、系統(tǒng)的保護(hù)電路模型，既按該模型去設(shè)計(jì)保護(hù)電路能夠達(dá)到目的，但是實(shí)際應(yīng)用中很多并非如上有一個(gè)完整的模型，只是其中幾部分構(gòu)成，甚至有時(shí)只是單個(gè)器件構(gòu)成。該模型由以下幾部分構(gòu)成：a) 狀態(tài)監(jiān)測(cè)部分。l 過激勵(lì)閉環(huán)保護(hù)形式。b) 過流保護(hù)，過流保護(hù)主要有以下幾種形式：l 電源限流保護(hù)。e) 負(fù)載不匹配引起的失效。功放的失效原因主要有以下幾種：a) 靜電擊穿引起的失效。功率放大器是一種比較昂貴的資源，具體體現(xiàn)在功率放大管比較昂貴。 消除非線性指標(biāo)的控制電路在前饋功放和自適應(yīng)預(yù)失真功放的設(shè)計(jì)中，為了消除非線性產(chǎn)生的交調(diào)分量，需要對(duì)各采樣點(diǎn)的信號(hào)（相位與幅度）信息進(jìn)行處理，這樣就需要信號(hào)處理電路中的DSP芯片將各采樣信號(hào)的信息通過與其內(nèi)部的算法相結(jié)合，獲得最佳的控制各環(huán)路幅度和相位的控制電壓參數(shù)，通過控制移相器和衰減器來不斷的調(diào)整抵消環(huán)中的幅度和相位，從而使得功放的線性指標(biāo)達(dá)到要求。IMD3= 10log(10d1/10+10d2/10+…10dn/10) 　　　　　　　　　　　　 （3）式中IMD3為級(jí)聯(lián)放大器的三階交調(diào)系數(shù)，dddn為各放大級(jí)的三階交調(diào)系數(shù)。 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(jì)方案確定后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇具體線路形式及關(guān)鍵器件，包括射頻放大鏈路形式選擇與控制電路形式選擇。下面將前饋及預(yù)失真技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)做一簡(jiǎn)單比較，(這兩種技術(shù)的詳細(xì)介紹請(qǐng)參考后面的專題)。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(jì)可以簡(jiǎn)單化。這是因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中A類放大器在它的1dB壓縮點(diǎn)輸出功率時(shí)，其效率只有10％。 定設(shè)計(jì)方案在進(jìn)行射頻功放設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)方案。一般來講，A類放大器在1dB壓縮點(diǎn)輸出時(shí)，三階交調(diào)系數(shù)約為－ (通常?。?0dB)。為了避免這個(gè)問題，建議在小功率放大器(平均功率輸出163。A類放大器的三階交調(diào)系數(shù)IMD三階交截點(diǎn)IP3及輸出功率Pout的關(guān)系見(1)式IMD3(dBc)=2[ IP3 (dBm)Pout(dBm)] (1)、。另外前饋方案對(duì)每對(duì)對(duì)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(shí)際的改善效果與理論值會(huì)有一定的差距。一般先選定末級(jí)功率管，然后再依次逐級(jí)選定前面各級(jí)功率管，選管的原則是前一級(jí)的主要指標(biāo)（如ACPR）不能引起后一級(jí)指標(biāo)的惡化，更不允許前一級(jí)的輸出功率大于后一級(jí)的輸入功率。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(jià)比，目前在中大功率的射頻放大器中LDMOS管被廣泛地應(yīng)用。總之，射頻功放的設(shè)計(jì)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(jì)方案；然后根據(jù)設(shè)計(jì)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(jìn)行PCB設(shè)計(jì)(包括結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)件的設(shè)計(jì))；在各單元板專題實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行各單元板的詳細(xì)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(jì)(包括熱設(shè)計(jì)與電磁屏蔽，可生產(chǎn)性、可測(cè)試性的設(shè)計(jì))；根據(jù)一板調(diào)試情況，結(jié)合高低溫摸底結(jié)果，進(jìn)行二板改進(jìn)設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取在二板中解決所有問題，盡量避免三板設(shè)計(jì)的發(fā)生。l 對(duì)射頻過載比較敏感，既對(duì)射頻輸入功率過載比較敏感，對(duì)輸出失配比較敏感。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。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(shí)，壓敏器件產(chǎn)生短路效應(yīng)，拉低電平，從而達(dá)到保護(hù)的目的。c) 過激勵(lì)保護(hù)，當(dāng)輸入功率超過功率放大器安全工作范圍時(shí)，對(duì)功放實(shí)施的保護(hù)。e) 失配保護(hù)。根據(jù)來自比較判斷的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。根據(jù)監(jiān)測(cè)的狀態(tài)的不同，將狀態(tài)監(jiān)測(cè)分類為：a) 激勵(lì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)輸入功率變化。功率檢測(cè)電路可用作激勵(lì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、匹配狀態(tài)監(jiān)測(cè)、輸出功率狀態(tài)監(jiān)測(cè)、增益狀態(tài)檢測(cè)的基本檢測(cè)單元。根據(jù)檢測(cè)電路輸入和輸入的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可將功率檢測(cè)電路分為：l 對(duì)數(shù)功率檢測(cè)電路，即檢波輸出電平與輸入功率的對(duì)數(shù)呈線性變化關(guān)系的功率檢測(cè)電路?？梢杂秒娏鳈z測(cè)進(jìn)行電流狀態(tài)監(jiān)測(cè)。其功能是將監(jiān)測(cè)的狀態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù)置的門限數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出命令去保護(hù)執(zhí)行裝置、顯示告警裝置或者直接通過通信口上報(bào)后臺(tái)。使用該類器件能夠?qū)⑦^激勵(lì)部分調(diào)整回安全狀態(tài)。b) 功率檢測(cè)部分（圖中藍(lán)色部分）。 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(duì)增益的影響，并可改善增益平坦度，在非時(shí)分的系統(tǒng)中有很好的效果。如果濾波做不好的話可能會(huì)造成電路的增益在不停的跳動(dòng)。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。但是一般給定的是26V和28V，電源供電時(shí)可以按這兩種供電。只是對(duì)于不同的頻率供電網(wǎng)絡(luò)的電容值不同。主要是用于濾波。 電源偏置對(duì)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(jí)功放的調(diào)試中，后級(jí)功放的工作狀態(tài)對(duì)線性功放的線性影響是最大的。在這里不詳細(xì)說明。對(duì)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(jì)指標(biāo)。C為電容量，L為引線電感。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(gè)歐姆或零點(diǎn)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。本篇文章重點(diǎn)介紹單級(jí)功放的輸入匹配和輸出匹配。在設(shè)計(jì)中，需要注意功率管通常工作在一個(gè)頻帶范圍內(nèi)，所以不要把級(jí)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)。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(zhǎng)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(jì)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?。?50）當(dāng)ZL =0時(shí)，有Zin = jZ0tanθ,即在終端負(fù)載為零，當(dāng)00θ900 時(shí)，傳輸線的輸入阻抗呈感性特征；當(dāng)ZL =∞時(shí)，有Zin = jZ0/tanθ，即在傳輸線為開路狀態(tài)，當(dāng)00θ900 時(shí)，傳輸線的輸入阻抗呈容性特征；當(dāng)θ=900 時(shí)，即傳輸線電長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)，Zin=Z2O/ZL，電長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)的傳輸線轉(zhuǎn)換到100Ω，進(jìn)行功率分配； 當(dāng) θ值小于450時(shí)，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。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。電路中如果有振蕩存在（如寄生震蕩和參量振蕩）就會(huì)影響到功放的穩(wěn)定性能甚至?xí)斐晒β使艿膿p壞。功率合成的簡(jiǎn)單原理為：由功率分配單元把輸入信號(hào)分配給各路功放單元進(jìn)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(hào)進(jìn)行功率合成。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(gè)功放單元也必須滿足相位和幅度的一致性要求。有趣的是頻譜再生盡管對(duì)本信道的影響不大甚至毫無影響，但它將會(huì)干擾相鄰信道。由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的關(guān)系，幾乎各廠家都提出了各自的方法。 ，低失真射頻信號(hào)輸入后，經(jīng)功分器301分為兩路。在上圖中，A處接載頻抵消檢測(cè)，B處接頻譜再生分量抵消檢測(cè)，它們?yōu)樽赃m應(yīng)抵消而設(shè)。1dB（在整個(gè)溫度和頻率范圍內(nèi)）信道帶內(nèi)平坦度177。2. 要求當(dāng)輸入如1所規(guī)定的輸入信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)的頻譜輻射模板惡化程度在2dB以內(nèi)。主功放把來自衰減器、移相器的信號(hào)作進(jìn)一步的放大，以達(dá)到輸出功率的要求。在PCB上設(shè)計(jì)圖案以