【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)是各種無線發(fā)射機(jī)的重要組成部分。在發(fā)射機(jī)的前級電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號功率很小，需要經(jīng)過一系列的放大一緩沖級、中間放大級、末級功率放大級，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，說一說自己在平常使用射頻功放的一些小心得：

　　前面也說了，效率，是射頻功率放大器的主要指標(biāo)之一，那么現(xiàn)在就來說一說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，否則會出現(xiàn)互調(diào)失真從而降低信號質(zhì)量。不幸的是，放大器性能最佳時，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，并且開始出現(xiàn)顯著失真。這種失真會導(dǎo)致相鄰信道或服務(wù)的串?dāng)_。結(jié)果，設(shè)計人員通常將RF輸出功率回退到一個“安全區(qū)”，以確保線性度。當(dāng)他們這樣做時，多個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)航時間縮短，或在基站中會造成更高的運(yùn)營成本。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，通過減小輸入信號的峰均比來持續(xù)檢查失真情況，這種作法降低了信號的峰值，以使信號通 過放大器時不致產(chǎn)生削波或失真。當(dāng)DPD和CFR一起使用時，可以取得更大的增益。

　　異相功率放大器方法

　　另一個技術(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，由不同相位的信號驅(qū)動兩個放大器。因?yàn)閷ο辔贿M(jìn)行了控制，使得當(dāng)輸出信號耦合時，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)計技術(shù)，特別是選擇適當(dāng)?shù)碾娍?，可以將系統(tǒng)優(yōu)化到一個特定的輸出幅度，這將帶來兩倍的效率提升(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%傳輸時間，該放大器傳輸時間可以超過95%。對該設(shè)計進(jìn)行測試，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%。輸入信號被分成具有恒定幅度和相位變化的兩個信號。振幅依RF功率器件設(shè)定，功率耦合電路重構(gòu)源信號波形。先前，當(dāng)源信號重構(gòu)時，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輔助放大器與主放大器并聯(lián)，并且每個輔助放大器被偏置為當(dāng)主放大器接近飽和時順序提供放大后的輸出信號。輸入信號通過信號分配器被輸送到主放大器及多個輔助放大器，并且接收被主放大器及多個輔助放大器放大了的輸出信號的輸出端包括阻性負(fù)載R/2。被分割的信號通過90°變 壓器加到主放大器，并且輔助放大器的輸出通過90°變壓器加到輸出負(fù)載。當(dāng)工作點(diǎn)低于 飽和時，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的一半。