射频放大器学习

射频发射机组成在射频前端电路中主要有：混频器，调制器，振荡器和功率放大器。射频功率放大器是无线发射机中的核心模块之一，要求输出大功率给外部负载。功率放大器通常是无线收发机中功耗最大的模块，为了降低功耗，延长电池寿命，要求它具有较高的效率。随着通信技术的发展，信道容量急剧增加，许多无线通信系统都采用了幅度/相位组合调制技术，功率放大器在输出大功率时要防止发生幅度失真，这就对功率放大器的线性度提出了很高的要求。功率放大器的分类

功率发大器传统功放开关模式功放A类B类AB类D类E类F类各种工作状态的效率和线性性功率放大器的主要性能参数

功率放大器与小信号放大器的主要区别就是小信号放大器工作在小信号状态，一般用来提供放大的电流或者电压；而功率放大器工作在大信号状态，主要是提供功率输出，同时也必须具有足够的电流驱动能力。对于功率放大器来说，不仅要考虑电压增益，还要考虑功率增益。1．输出功率射频功率放大器的负载通常为天线，射频天线的等效阻抗一般为50Ω。

射频功率放大器的输出功率定义为功率放大器驱动给负载的带内射频信号的总功率，并不包括谐波成分以及杂散成分的功率。2．效率

功率放大器的效率是用来衡量放大器将电源消化的功耗转化为射频输出功率的能力，是衡量功率放大器性能的一个重要参数。效率有漏极效率和功率附加效率两种表示方式。漏极效率(DrainEfficiency)：

在输入信号作用下，直流电源提供的直流功率PDC中，一部分被转换为输出信号功率Pout,其余部分将消耗在功放电路中。放大器的漏极效率ᵑ定义为：由此可见，在输出功率一定的条件下，提高效率就意味着电源供给功率和放大器损耗功率降低。这对于降低能源损耗，减小成本具有非常重要的意义。3.线性度

功率放大器的线性度可以根据不同的应用而采用不同的衡量参数。比较常用的是1dB压缩点和三阶交调点。1dB压缩点(P1dB)是输出功率的性能参数。压缩点越高意味着输出功率越高。P1dB是指与在很低的功率时相比增益减少1dB时的输入(或输出)功率点。放大器有一个线性的动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增加，放大器进入非线性区。功率附加效率(PowerAddedEfficiency,PAE)：其中G为功率增益即放大器的输出信号功率与驱动信号功率的比值

漏极效仅考虑了电源上的之流功耗转化为射频输出功率的能力，而功率附加效率将功率放大器的驱动信号功率也考虑在内，因此功率附加效能更加准确地反映功率放大器的效率性能。

三阶交调点是表示线性度或失真性能的参数。IP3高表示线性度越好和更少的失真。IP3是在基波和三阶失真输出曲线交点的理论输入功率。A线是基波(有用的)信号输出功率随输入功率变化的曲线，B线是三阶失真输出功率随输入功率变化的曲线。B线的斜率是A线斜率的3倍，理论上会与A相交。这个交点就是三阶截取点。在这一点时假设的输入功率就是输入IIP3，输出功率就是输出OIP3。此外衡量线性度的参数还有：相邻信道功率比(AdjacentChannelPowerRatio，ACPR),频谱掩膜版,错误向量幅度(ErrorVectorMagnitude,EVM)。衡量放大器性能指标的还有：稳定性，S参数等等。射频放大器的总体电路结构框图功放的管子选择集成电路的已发展到系统级芯片的阶段。随着CMOS工艺的不断进步，由于CMOS电路的低成本，低功耗，速度的不断提高以及易集成等特点，MOS管在集成电路中的应用越来越普遍。对于MOSFET的选择我们可以假设其处于线性区：放大倍数正比于跨导，根据上述公式可以知道，在一定条件下，迁移率越高，其放大倍数越大。所以我们选择NMOS。阻抗匹配在射频电路与系统设计中，经常使用阻抗匹配网络。为了让放大器从信号源获得最大的功率，需使匹配网络的输入阻抗等于信号源阻抗的共轭；为了让放大器向负载传输最大的功率，需使匹配网络的输出阻抗等于负载阻抗的共轭。然而在功率匹配的时，虽然负载上得到的功率最大，但功率匹配时源阻抗上消耗了同负载阻抗一样的功率。所以我们一般采用负载线匹配。

A类放大器举例说明A类放大器的一般结构：图中AB线为采用功率匹配，C