【功率器件心得分享】射頻功率放大器小小心得

　　玩射頻功放的人都知道，射頻功率放大器(RF PA)是各種無(wú)線發(fā)射機(jī)的重要組成部分。在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號(hào)功率很小，需要經(jīng)過(guò)一系列的放大一緩沖級(jí)、中間放大級(jí)、末級(jí)功率放大級(jí)，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。射頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率，是研究射頻功率放大器的關(guān)鍵。而對(duì)功率晶體管的要求，主要是考慮擊穿電壓、最大集電極電流和最大管耗等參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)有效的能量傳輸，天線和放大器之間需要采用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。

　　好了，步入正題，說(shuō)一說(shuō)自己在平常使用射頻功放的一些小心得：

　　前面也說(shuō)了，效率，是射頻功率放大器的主要指標(biāo)之一，那么現(xiàn)在就來(lái)說(shuō)一說(shuō)如何提高射頻功放的效率。

　　提升線性度

　　現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)要求放大器的線性度足夠高，否則會(huì)出現(xiàn)互調(diào)失真從而降低信號(hào)質(zhì)量。不幸的是，放大器性能最佳時(shí)，它們都已接近飽和電平，隨后，它們變得非線性化，RF功率輸出隨輸入功率增加而下降，并且開(kāi)始出現(xiàn)顯著失真。這種失真會(huì)導(dǎo)致相鄰信道或服務(wù)的串?dāng)_。結(jié)果，設(shè)計(jì)人員通常將RF輸出功率回退到一個(gè)“安全區(qū)”，以確保線性度。當(dāng)他們這樣做時(shí)，多個(gè)RF晶 體管是必需的，以達(dá)到給定的RF輸出功率，這將增加電流消耗，并導(dǎo)致續(xù)航時(shí)間縮短，或在基站中會(huì)造成更高的運(yùn)營(yíng)成本。DPD有效地在放大器 的輸入端引入了“反失真”，消除了放大器的非線性。其結(jié)果是，放大器不需要回退到最佳工作點(diǎn)，從而不需要更多的射頻功率器件。由于放大器變得更加高效，帶 來(lái)的好處是散熱成本的降低和所有重要電力消耗的減少。CFR工作時(shí)，通過(guò)減小輸入信號(hào)的峰均比來(lái)持續(xù)檢查失真情況，這種作法降低了信號(hào)的峰值，以使信號(hào)通 過(guò)放大器時(shí)不致產(chǎn)生削波或失真。當(dāng)DPD和CFR一起使用時(shí)，可以取得更大的增益。

　　異相功率放大器方法

　　另一個(gè)技術(shù)，是近80年前由Henri Chireix 發(fā)明并持有的專利技術(shù)，通常被稱為“outphasing”(異相功率放大器，負(fù)載調(diào)制技術(shù)家族的一員)，目前被富士通、恩智浦等用于提升放大器效率。它 結(jié)合了兩種非線性RF功率放大器，由不同相位的信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)放大器。因?yàn)閷?duì)相位進(jìn)行了控制，使得當(dāng)輸出信號(hào)耦合時(shí)，使用B類RF功率放大器可以實(shí)現(xiàn)效率增 益。謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)技術(shù)，特別是選擇適當(dāng)?shù)碾娍梗梢詫⑾到y(tǒng)優(yōu)化到一個(gè)特定的輸出幅度，這將帶來(lái)兩倍的效率提升(至少理論上如此)。富士通去年宣布其已經(jīng)在某個(gè)功率放大器中采用了outphasing方法，集成緊湊、低損耗的功率耦合電路，并帶有一個(gè)基于DSP的相位誤差校正補(bǔ)償電路，相比現(xiàn)有 放大器普遍的65%傳輸時(shí)間，該放大器傳輸時(shí)間可以超過(guò)95%。對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，這種功率放大器的峰值輸出可以達(dá)到100瓦;平均電效率從50%提高到 70%。輸入信號(hào)被分成具有恒定幅度和相位變化的兩個(gè)信號(hào)。振幅依RF功率器件設(shè)定，功率耦合電路重構(gòu)源信號(hào)波形。先前，當(dāng)源信號(hào)重構(gòu)時(shí)，耦合精度損失需要確定相位差，阻止了該技術(shù)的商用。富士通使用的耦合器具有更短的信號(hào)路徑，降低了損耗并增大了帶寬。

　　至于功率的提高則可以采用多個(gè)輔助放大器與主放大器并聯(lián)，并且每個(gè)輔助放大器被偏置為當(dāng)主放大器接近飽和時(shí)順序提供放大后的輸出信號(hào)。輸入信號(hào)通過(guò)信號(hào)分配器被輸送到主放大器及多個(gè)輔助放大器，并且接收被主放大器及多個(gè)輔助放大器放大了的輸出信號(hào)的輸出端包括阻性負(fù)載R/2。被分割的信號(hào)通過(guò)90°變 壓器加到主放大器，并且輔助放大器的輸出通過(guò)90°變壓器加到輸出負(fù)載。當(dāng)工作點(diǎn)低于 飽和時(shí)，主放大器輸送功率給負(fù)載2R，并且主放大器輸送給負(fù)載的電流為最大功率及放大器飽和時(shí)的一半。