【正文】 ；有較好的耐功率性，要能保證在任何放大單元損壞時(shí)，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(jí)聯(lián)的2：1端口的合成和鏈?zhǔn)降姆峙洹⒑铣善?。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(jì)上也出現(xiàn)了很多不錯(cuò)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(duì)匹配電路進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shí)，也給出了DEMO電路，通過測(cè)試DEMO電路和模仿DEMO電路來進(jìn)行匹配電路設(shè)計(jì)，也可以極大地提高我們?cè)O(shè)計(jì)的速度。Z5=+j10Ω取帶線的特征阻抗為40Ω，電長(zhǎng)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(jì)而對(duì)等效電路幾乎沒有影響。而在實(shí)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(zhǎng)很快），微帶線在較長(zhǎng)的電長(zhǎng)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?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)盡量把串入的微帶開路支節(jié)的電長(zhǎng)度控制在65度范圍之內(nèi)。為了簡(jiǎn)單起見，我們用一個(gè)支節(jié)的LC低通濾波形式實(shí)現(xiàn)阻抗變換，先來推算一下變換到50Ω時(shí)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(gè)XL=+，就可以把實(shí)部阻抗變換到50Ω，最后在電路中并聯(lián)一個(gè)Xc=，我們的匹配工作就算完成了。通過Q我們可以方便地進(jìn)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。理想的匹配電路應(yīng)同時(shí)滿足匹配、帶寬、駐波、諧波衰減和線性指標(biāo)等多項(xiàng)要求。在大功率功放的設(shè)計(jì)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。對(duì)于功率大的單板采用ATC的100B系列和DLI的C17AH系列即可。在偏置端同樣是這樣設(shè)計(jì)。另外，在功放偏置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將偏置電源穩(wěn)壓后使用。 GaAs器件供電路。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(gè)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。CC14：47pF微波電容B型CC1C16：10uF/35V的鉭電容。功放電路的電源的供電和偏置設(shè)計(jì)不好，將嚴(yán)重影響功放的線性指標(biāo)。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(dòng)；D/A的輸出濾波要注意，否則會(huì)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(shí)對(duì)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(huì)影響補(bǔ)償效果。 數(shù)字環(huán)路增益控制這個(gè)電路和上面所介紹的電路類似，所不同的是用單片機(jī)控制的D/A通過驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行控制衰減器。d) 電調(diào)衰減部分（圖中白色部分）。其功能是當(dāng)輸入信號(hào)超過一定電平時(shí)，將輸入信號(hào)大幅度衰減，以保證后面的功率放大器不被損害。執(zhí)行保護(hù)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(lì)達(dá)到保護(hù)的目的。由于不同的狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)檢測(cè)電路的要求是不一樣的，或者同一狀態(tài)檢測(cè)不同的系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)電路的要求也是不一樣的。b) 電壓取樣電路。平均功率檢測(cè)電路一般是在峰值功率檢測(cè)的基礎(chǔ)上加上平滑濾波電路即可。e) 增益狀態(tài)監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)整個(gè)功放的增益變化。比如限幅器件的本身特性就包含了狀態(tài)檢測(cè)、判斷比較、執(zhí)行保護(hù)，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。通過傳感器實(shí)時(shí)跟蹤相關(guān)狀態(tài)的變化，為保護(hù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過對(duì)功放的輸入功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)功放過激勵(lì)，自動(dòng)切斷輸入信號(hào)或者自動(dòng)大幅度衰減輸入信號(hào)，以達(dá)到保護(hù)功放的目的。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。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。運(yùn)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。在整個(gè)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。 進(jìn)行專題實(shí)驗(yàn)或一板實(shí)驗(yàn)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)，同時(shí)需要結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)件的要進(jìn)行配套結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，進(jìn)而轉(zhuǎn)入下一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。由（3）式可知兩級(jí)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(jí)放大器的三階交調(diào)系數(shù)之差的絕對(duì)值為A，即A= d1d2，則驅(qū)動(dòng)級(jí)的IMD3對(duì)末級(jí)的IMD3的影響值B(末級(jí)交調(diào)惡化值)可用下面的（5）式來表示：B=10log[1+10A/10] 　　　　　　　　　　　　　　?。?）（5） 級(jí)聯(lián)放大器中驅(qū)動(dòng)級(jí)交調(diào)系數(shù)對(duì)末級(jí)交調(diào)系數(shù)的影響曲線同樣由(5)式可得到不同A值時(shí)惡化值B， A 、B對(duì)應(yīng)值A(chǔ)驅(qū)動(dòng)級(jí)優(yōu)于末級(jí)的IMD3(dB)B末級(jí)交調(diào)惡化值(dB)035101520，驅(qū)動(dòng)級(jí)優(yōu)于末級(jí)的IMD3越大，則級(jí)聯(lián)放大器的交調(diào)系數(shù)惡化值越小。 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(jī)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。 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(diǎn)缺點(diǎn)相對(duì)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(duì)兩個(gè)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(jiǎn)單，微波段和中頻段均能實(shí)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(shí)現(xiàn)較復(fù)雜中 前饋放大器。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(diǎn)。比如，完成一個(gè)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。制定設(shè)計(jì)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)。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(hào)功率減小3dB（即減小一半功率），則三階交調(diào)抑制改善6dB。這樣就加大了HPA的成本和體積，增大了研制成本和難度?？傊β驶赝朔ǖ膬?yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是受功率管P1dB限制。時(shí)，改善效果理論上可以達(dá)到30dB。 射頻鏈路的形式框圖 功率管的選擇原則依據(jù)整機(jī)分配給射頻放大鏈路的增益、額定輸出功率、增益平坦度、線性度（ACPR/IMD）、功耗/效率等指標(biāo)，并結(jié)合給定的射頻放大器的工作頻段，選擇合適的各級(jí)功率管。下面列出幾種功率管的比較。此時(shí)可讓生產(chǎn)線工藝人員先期介入，對(duì)我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行可生產(chǎn)性、可測(cè)試性的指導(dǎo)，使得在設(shè)計(jì)初期就把可生產(chǎn)性、可測(cè)試性的問題解決好，這樣在二板設(shè)計(jì)中就避免了大的改動(dòng)，盡量避免三板設(shè)計(jì)的發(fā)生，節(jié)省人力、財(cái)力和時(shí)間，縮短研發(fā)周期，及時(shí)量產(chǎn)，搶占市場(chǎng)。l 熱敏感性比較高。b) 過壓引起的失效；過壓會(huì)引起功率放大器的電極擊穿或者處于不正常的工作狀態(tài)。 功放保護(hù)電路設(shè)計(jì)類型針對(duì)功率放大器失效的幾種原因分析，相應(yīng)的保護(hù)電路設(shè)計(jì)主要分為如下幾方面：a) 過壓保護(hù)，該保護(hù)形式表現(xiàn)在電路上有：l 電壓鉗位電路；設(shè)計(jì)合適的鉗位電路可以使饋電電壓限制在安全的范圍內(nèi)。通過對(duì)功放的工作電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)過流，自動(dòng)切斷電流，以達(dá)到保護(hù)功放的目的。熱保護(hù)的方式是通過溫度或者熱檢測(cè)電路對(duì)功率放大器的溫度和熱的情況進(jìn)行監(jiān)視，一旦檢測(cè)的溫度或者熱超過門限值，通過保護(hù)執(zhí)行裝置對(duì)功放進(jìn)行保護(hù)。c) 保護(hù)執(zhí)行部分。功率放大器有很多狀態(tài)，但根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)方面的需求，并非對(duì)每個(gè)狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，而是對(duì)一些關(guān)鍵狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。功率放大器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是通過各種檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)上述狀態(tài)監(jiān)測(cè)的檢測(cè)電路有：a) 功率檢測(cè)電路。目前應(yīng)用比較多的電路是基于AD公司的AD8361，AD8362等電路?；蛘唠娐肥菣z測(cè)電流變化的基本電路。 狀態(tài)的比較判斷比較判斷是保護(hù)電路設(shè)計(jì)一個(gè)比較重要的部分，尤其是閉環(huán)保護(hù)電路。c) 參量調(diào)整器件類，用在射頻功率放大器的參量調(diào)整類器件有電調(diào)衰減器，數(shù)字衰減器，可變?cè)鲆娣糯笃?。該電路為一取樣耦合器。由于它的工作點(diǎn)和增益隨著溫度的變化而變化，因此，在電路設(shè)計(jì)中，要考慮對(duì)工作點(diǎn)和增益進(jìn)行溫度補(bǔ)償。這個(gè)電路的控制需要注意檢測(cè)電路的濾波，包括硬件濾波和軟件濾波。 溫度系數(shù)衰減器的增益補(bǔ)償需要注意的是通過實(shí)驗(yàn)選擇合適的型號(hào)，使得衰減器的特性與功放鏈路的特性剛好相反，達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。 LDMOS器件供電電路　　LDMOS器件的供電電壓是26V~30V不同?！?930～1990MHz寬帶器件測(cè)試電路：，兩種供電電路其形式是基本相同的。CCC9電容的容值的分別的是選用1000pF、10nF和10uF。但是無論使用什么樣的電源，他們?cè)陔娫吹奶幚砩鲜且粯拥摹?布局在功放的設(shè)計(jì)中，功放板的布局也是非常重要的。在PCB布板時(shí)，一定要將功放的周圍的PCB板良好接地，留出一定的PCB接地的地方，且要將接地的地方用螺釘良好接地。CLR　電容器的串聯(lián)等效電路R為電容器的等效電阻，是有引腳和介質(zhì)極化引入的。對(duì)于不同的溫度電容值有一定的變化，設(shè)計(jì)功放電路的時(shí)一定要考慮到。設(shè)計(jì)單級(jí)功率放大器主要是進(jìn)行輸入匹配電路和輸出匹配電路的設(shè)計(jì)；而設(shè)計(jì)兩級(jí)或多級(jí)功率放大器除了要考慮輸入和輸出匹配電路外，還要考慮到級(jí)間匹配電路，級(jí)間匹配電路的目的是使后級(jí)功放管的輸入阻抗和前級(jí)阻抗管的輸出阻抗共軛匹配。通過多級(jí)低通濾波結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)的方式，可以把功率管的輸入阻抗階梯抬高，直至變換到50Ω。利用傳輸線的這種傳輸模式特征，在較高的工作頻率時(shí)，我們經(jīng)常用微帶傳輸線來進(jìn)行輸入和輸出匹配電路設(shè)計(jì)。：　輸入匹配的電抗值對(duì)于并聯(lián)的三個(gè)集總?cè)菘箙?shù)，等效過程如下：Z1=j50Ω,可以等效為兩個(gè)j100Ω的并聯(lián)微帶線，選擇帶線的特征阻抗為25Ω，電長(zhǎng)度為14度；j25/tan140=j100；Z2=,可以等效為并聯(lián)兩個(gè)j25Ω的微帶線，選擇帶線的特征阻抗為25Ω，電長(zhǎng)度為45度；j25/tan450=j25；Z3=，等效為兩個(gè)5Ω的并聯(lián)，由于其阻抗還是較低，即使取電長(zhǎng)度為65度時(shí)，兩段并聯(lián)支節(jié)中的微帶線特征阻抗仍然為Z=2**tan650=,，還是比較低。在匹配電路的設(shè)計(jì)中，我們還要考慮到放大器的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性對(duì)于任何電路來說，都是重要的性能。電路合成包括三個(gè)部分：功率分配單元、功率放大單元和功率合成單元。當(dāng)然在功率合成中，我們也可以用鏈?zhǔn)胶铣煞绞胶图?jí)聯(lián)的2：1端口合成方式共同組合完成如1：12（鏈?zhǔn)?：3和級(jí)聯(lián)的1：4）等多種電路合成。這是因?yàn)镃DMA技術(shù)是隨機(jī)包絡(luò)的寬帶信道，如果采用一般的高功放（通常工作于AB類）將由于交調(diào)失真的影響產(chǎn)生頻譜再生效應(yīng)。由于其成熟性，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品幾乎都用了該項(xiàng)技術(shù)。在近年的發(fā)展中，出現(xiàn)了不用導(dǎo)頻的方案。為此，在產(chǎn)品中需考慮自適應(yīng)抵消技術(shù)，使得對(duì)消能夠跟上內(nèi)外環(huán)境的變化。1dB（在整個(gè)頻率范圍內(nèi)）增益平坦度177。MTBF 80000小時(shí)帶外保護(hù)見說明4說明：1. 要求當(dāng)輸入信號(hào)為連續(xù)的2 載波WCDMA信號(hào)，測(cè)試模式32個(gè)DPCH，PAR＝10dB%，ACPR優(yōu)于52dB5MHz，57dB10MHz時(shí)，輸出信號(hào)的ACPR惡化程度在3dB以內(nèi)。由于衰減器、移相器等有較大的衰減，所以需要進(jìn)行較高增益的放大以彌補(bǔ)其損耗。 誤差放大器模塊的載波抵消部分先進(jìn)行載波抵消，提取誤差信號(hào)。交調(diào)抵消幅度檢測(cè)用接收機(jī)的方法來實(shí)現(xiàn)。在誤差抵消環(huán)，利用交調(diào)分量接收模塊對(duì)此信號(hào)的檢測(cè)，來判斷誤差抵消的效果而對(duì)電調(diào)衰減器、移相器進(jìn)行控制，優(yōu)化頻譜擴(kuò)散分量的抵消效果，使得當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，線性功率放大器的線性度指標(biāo)仍然能夠得到保證。就影響效率而言，盡管主功放的差別不會(huì)很大，但對(duì)主功放的精雕細(xì)琢還是會(huì)對(duì)整機(jī)效率起到一定的作用。這種技術(shù)具有線性化處理帶寬寬（最大可達(dá)30MHz）、線性改善指標(biāo)高（最大可達(dá)25dB）以及技術(shù)成熟容易設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但是由于構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，也具有生產(chǎn)一致性難以把握和成本比較高的缺點(diǎn)。由于數(shù)字預(yù)失真的改善效果只受限于處理算法的復(fù)雜程度和DSP的硬件處理能力以及外圍A/D、D/A電路的轉(zhuǎn)換速度，理論上它可以實(shí)現(xiàn)與前饋技術(shù)同等的線性化改善效果。圖4中通過特定的ALC（自動(dòng)電平控制）電路，使預(yù)失真器中諧波產(chǎn)生電路的輸入信號(hào)在系統(tǒng)全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)保持固定幅度，這樣就保證了通過倍頻和基波與2次諧波混頻形成的2次和3次諧波的幅度也是固定不變的，這樣系統(tǒng)就可以按照最佳線性改善的目標(biāo)隨意調(diào)諧引入2次和3次諧波的幅度和相位。 55第八章 功放設(shè)計(jì)中的材料材料選型是微波功率放大器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，合理地選擇材料能夠最大程度地優(yōu)化指標(biāo)、降低成本、提高可靠性。本功放選用了ST公司生產(chǎn)的SD1563作為末級(jí)放大，我們可以計(jì)算一下SD1563是否滿足功放的帶寬要求。值得一提的是，為了達(dá)到一定的線性指標(biāo)，功放設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)廠商提供的線性度測(cè)試曲線，確定末級(jí)功率晶體管，但是推動(dòng)級(jí)功放管對(duì)整個(gè)功放線性度的影響往往容易被忽略。因?yàn)樵诠β史糯髸r(shí)，工作電壓加上集電極或漏極的被放大高頻信號(hào)的有效值若超過VCEO或BVDSS就會(huì)使功放管擊穿，尤其是在功放負(fù)載情況發(fā)生變化時(shí)，集電極或漏極的高頻信號(hào)電壓將會(huì)有較大的起伏，所以工作電壓留有一定的余量是十