射頻放大器這9大性能指標都不清楚,還怎麼做射頻工程師?

2021-02-15 電子發燒友網

射頻放大器，根本上是我們射頻系統中的正反饋系統，一般位於發射鏈路上。由於考慮無線傳輸的鏈路衰減，發射端需要輻射足夠大的功率才能獲得比較遠的通信距離。因此，射頻放大器主要負責將功率放大到足夠大後饋送到天線上輻射出去，是通信系統中的核心器件。


那麼對於如此重要的器件來說，射頻放大器又有哪些主要類型呢？


1）從工作頻帶分類
按工作頻帶分類，可以分為窄帶射頻功率放大器和寬帶射頻功率放大器。窄帶射頻功率放大器一般都採用選頻網絡作為負載迴路，例如LC諧振迴路。寬帶射頻功率放大器則不採用選頻網絡作為負載迴路，而是以頻率響應很寬的傳輸線作為負載。


2）從匹配網絡性質分類
根據匹配網絡的性質，可將功率放大器分為非諧振功率放大器和諧振功率放大器。非諧振功率放大器的匹配網絡是非諧振系統，例如高頻變壓器、傳輸線變壓器等非諧振系統，它的負載性質呈現純電阻性質。而諧振功率放大器的匹配網絡是諧振系統，它的負載性質呈現電抗性質。


3）按電流導通角分類
按照電流導通角，射頻功率放大器可以分為A類、AB類、B類、C類、D類、E類等。這些類別區別大家可以參見如下的表格



放大器的分類中，我們經常說的還是按導通角分的A到E類的放大器。丙類工作狀態的輸出功率和效率是這幾種工作狀態中最高的，射頻用的放大器大部分工作於C（丙）類。


放大器的分類就已經如此複雜，可見主要性能指標肯定不會簡單，實際上也是這樣。


放大器的主要指標如下：
1. 工作頻率範圍
一般來講，是指放大器的線性工作頻率範圍。如果頻率從DC開始，則認為放大器是直流放大器。


2. 增益
工作增益是衡量放大器放大能力的主要指標。增益的定義是放大器輸出埠傳送到負載的功率與信號源實際傳送到放大器輸入埠的功率之比。
增益平坦度，是指在一定溫度下，整個工作頻帶範圍內放大器增益的變化範圍，也是放大器的一個主要指標。


3. 輸出功率和1dB壓縮點（P1dB）




參見上圖，當輸入功率超過一定量值後，電晶體的增益開始下降，最終結果是輸出功率達到飽和。當放大器的增益偏離常數或比其他小信號增益低1dB時，這個點就是大名鼎鼎的1dB壓縮點（P1dB）。一般說放大器的功率容量，就是拿1dB壓縮點來表示的了。


4. 效率
由於功放是功率元件，需要消耗供電電流。因此功放的效率對於整個系統的效率來講極為重要。功率效率是功放的射頻輸出功率與供給電晶體的直流功率之比。ηp=射頻輸出功率/直流輸入功率


5. 交調失真(IMD)
交調失真是指具有不同頻率的兩個或者更多的輸入信號通過功率放大器而產生的混合分量。這是由於功放的非線性特質造成的。其中，由於三階交調產物離基波信號特別近，影響最大，因此交調產物中最著重考慮的就是三階交調。三階交調產物越低越好。


6. 三階交調截止點（IP3）
圖2中基波信號輸出功率延長線與三階交調延長線的交點稱為三階交調截止點，用符號IP3表示。IP3也是功放非線性的重要指標。當輸出功率一定時，三階交調截止點輸出功率越大，功放的線性度就越好。


7. 動態範圍
功放的動態範圍一般是指最小可檢測信號到線性工作區最大輸入功率之間的差值。自然，這個值肯定是越大越好。


8. 諧波失真

當輸入信號增加到一定程度後，功放會由於工作到了非線性區產生一系列諧波。對於大功率放大器系統中，一般需要用濾波器將諧波降到60dBc以下。


9. 輸入/輸出駐波比
這也是非常重要的指標，表明功放和整個系統的匹配程度。輸入、輸出比變壞會導致系統的增益起伏和群時延變壞。但是高駐波比的功放是比較難以設計的，一般的系統中，都會需要要求功放的輸入駐波比低於2：1。

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