射頻功率放大器——如何選擇合適的射頻功率放大器

2021-12-16

概述

功率放大器是射頻通信系統中非常重要器件之一。與其他放大器類似，射頻放大器將輸入到其輸入端的信號進行放大。在現代無線通信系統中，由于復雜的調制方式令信號變得越來越復雜。由于放大器的許多重要特性和規格，放大器的選擇對于工程師來說是一項艱巨的任務。

術語

在這里，讓我們了解一下RF放大器的重要指標，學習如何為自己的應用選擇合適的RF放大器。

增益： 增益是每個放大器最重要的指標。它表示放大器對輸入信號的放大能力，以dB為單位。放大器的增益隨頻率而變化，頻率高，放大器的損耗也就高（增益在整個頻率范圍內不是線性的）。

帶寬和平坦度：帶寬是RF放大器的另一個重要指標。它是頻率-增益響應曲線中起始頻率和終止頻率之間的范圍，在該范圍內放大器可提供有效的增益。放大器的平坦度是其增益在其整個工作帶寬內的響應。

阻抗：阻抗是放大器非常重要的指標，尤其對于需要發射天線和網絡的射頻系統來說更為重要。在大多數情況下，放大器的阻抗被設計和優化為50歐姆。任何不匹配都會導致更高的損耗和反射，嚴重時甚至會損壞某些組件。

諧波：諧波是放大器產生的基頻f0的整數倍數，如2f0、3f0、4f0…。Nf0。諧波是我們不需要的信號，通常會與系統中的其他信號混合并產生互調失真產物。一般來說，諧波無法與放大器完全隔離，但是可以使用設計技術來抑制諧波電平。

三階截點： TOI是一個線性圖中的理論值點。信號的三階分量將在信號的放大過程中產生。放大器增益在達到飽和點后開始下降，如果輸入功率持續增加，則基頻信號功率和三階信號功率將在特定點相交，該點稱為三階截點。通過計算該值，可以在設計時確定放大器的非線性行為。

相鄰信道抑制比：在實際情況下，由于互調失真，一小部分功率會從發射信道將泄漏到相鄰信道中。ACLR是發射信道功率與相鄰信道功率之比。在諸如LTE之類的現代無線通信系統中，這是非常重要的，在該系統中，信號是在分配的帶寬內的多個信道中傳輸。在某些情況下，功率放大器還必須能夠處理調制信號。

噪聲系數：噪聲系數是功率放大器的輸入信噪比與輸出信噪比之間之比。噪聲系數值越低，放大器的性能越好。噪聲系數將始終大于1，因為輸出信噪比始終高于輸入信噪比。

1dB壓縮：一旦放大器到達壓縮區域，就不可能進行放大，增益響應曲線逐步走平。1dB壓縮點是根據線性圖中實際響應曲線計算而來，即與線性曲線值相差1 dB，在該點開始放大器逐漸飽變為非線性。

峰均功率比：是信號峰值功率與平均功率電平之比。

最大輸入和輸出功率：在選擇RF功率放大器時，必須考慮最大輸入和輸出功率。射頻放大器輸入功率超過最大輸入電平時，可能會損壞放大器，尤其是在放大器級聯時更為重要。在選擇放大器的時候，需要考慮整個工作帶寬內的平坦度和損耗，確保輸出功率電平在通頻帶內都能滿足要求。

尺寸和功耗：選擇RF放大器時必須考慮物理尺寸。放大器的尺寸范圍從毫米到幾米不等，因此，必須根據應用環境進行選擇。大多數功率放大器在其運行期間會發熱，為了保障其工作正常，必須提供良好散熱和空氣循環。功耗是另一個需要牢記的因素，某些特殊的功放類型在非常高功率下運行時需要很高的交流電源和外部冷卻系統。

結論

如上所述，RF功率放大器的選擇取決于許多因素。放大器技術規格可在制造商提供的數據表中找到。對射頻功放進行評估和設計時，一般需要知道放大器的S參數，用于設計匹配良好電路系統。匹配良好的放大器對于提高收發系統傳輸效率至關重要。最重要的是，它必須在各個方面都適合您的應用和要求。