射频功率放大器的设计(7)

图3-3 C类特性曲线

（4）AB类功率放大器

AB类射频功率放大器，顾名思义，和A类，B类放大器有很大的联系，它是处在A类和B类功率放大器中一种，无信号输入时，当有一个静态偏置电流存在，AB类放大器在输入信号的大半个周期都处于导通状态，此类放大器导通角在180°～360°之间。因此AB类射频功率放大器是一个相对优缺点比较均匀的一种放大器，效率与线性度很好折中在一起。这次毕业设计我所选择的功率放大器就是一个AB类功率放大器。

3.2功率放大器的性能参数

功率放大器的作用主要是放大射频信号到我们所需要的功率，使接收机可以接收到信号，因此功率放大器是通信系统中所必须要有的，功率放大器的参数有输出功率、功率增益、效率和线性度等，线性度又包括增益压缩，谐波失真等，

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每一个参数都决定了最终系统的好坏。 3.2.1 输出功率

输出功率(POUT或PL)是反映功率放大器对外输出能力的指标，通常有最大 (饱和)输出功率(PSAT)和1dB压缩点输出功率(P1dB )两种。根据功率传输特征可以得到，任何一个设备都有一个自己的活动范围，一定程度内它们的输入和输出功率保持逐步增加的性态。对于一个PA，在操作过程中为使其有相对较大的输出能力，所以我们往往让他们在非线性区工作，这一点非常重要。当PA的输入功率上升到一定范围时，放大器输出功率的上升状态也会停止；当输出功率比线性递增时能到达的功率小一些时，例如小1dBm，该输出功率就被叫做1dB压缩点输出功率；如果要继续增大放大器输出功率，就会达到一个位置，在这个位置输入功率即使继续增加，输出功率也不再会加大，该位置的输出功率就称为最大输出功率(PSAT)或饱和输出功率，它是射频功率放大器的一个非常重要的指标。常见的功率的表示单位有瓦(W)、毫瓦(mW )等。常见的输出功率之外，还有输入功率，和表示进出端口连接性能好坏的信源资用功率，网络可用功率等等。 3.2.2 功率增益

功率增益对一个放大器的直接影响是反映了放大器的功率放大能力，他是衡量放大器整体性能好坏的一个关键因素，通过功率增益可以看出一个放大器是否稳定。功率增益是输出功率与输入功率的比值，表达式为：

Gain?Pout （3-1） Pin功率增益的单位是dB，另外一种表示方法是对数表示，3-2所示

Gain（dB）?Pout （3-2） （dBm）-Pin（dBm）国际上，对功率增益在一个通信系统中并没有一个完全标准的方法表示，由于功率增益对于功率放大器是一个非常重要的影响因素，因此功率增益必须在一定范围内才可以，一个功率放大器能输出多大的功率，这个放大器也应当具有相同的功率增益才可以。比方一个放大器仅有10dBm的功率，那么这个功率放大

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器也只能有10dBm的功率增益才行。 3.2.3 效率

功率放大器集电极的射频输出功率和直流功耗的比值，这是集电极最大效率的定义，在A类、B类、C类功率放大器中可以表示为：

?max?2?-sin2? （3-3）

（4sin?-?cos?）式中，2? 是功率放大器一个2?周期的导通角。根据式2-3可以得到A类功率放大器的效率最大为50%,同理B类为78.5%，C类为100%。在A类到C类功率放大器的过程中，它们的效率从0.5上升到100%，而从输入端传到负载上的功率却逐渐变小到0，根据这个可以推出公示3-4：

Pmax?2?-sin2? （3-4）

1-cos?除此之外，功率附加效率也是重要的参考，功率附加效率的表达式如3-5所示：

PAE?Pout-Pin （3-5）

Pdc，total3.2.4 线性度

线性度是衡量功率放大器输出信号与输入信号比值的线性关系的参数。在设计放大器过程中，当放大器工作在大信号状态时，我们必须要考虑晶体管的非线性效应。 （1） 增益压缩

当功率放大器的输入信号幅度在某一范围内变化时，输出信号的幅度与输入信号的幅度会呈现线性关系，即功率增益保持恒定。但随着输入信号幅度的增加，晶体管的工作区域由线性区会转向饱和区，出现非线性失真，功率放大器的增益开始下降，或称其为压缩。通常用功率增益比线性增益小1dB时的功率点来衡量一个功率放大器的线性度，这个点称作1dB压缩点。 （2） 谐波失真

谐波失真是衡量功率放大器的一个重要指标，它是指当功率放大器输入单一

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信号时，在输出端，除了基频信号被放大以外，原信号的各次谐波也被放大，导致可能干扰其余的频带，这样的情况下通常需要通过加匹配网络进行谐波抑制才可以。

（3） 交调失真

交调失真指的是每当射频功率放大器输入端的频率相差非常小时，这个时候会出现因为输入信号的和差而产生的交调失真信号。如图所示，其中，三阶交调失真（IMD3）因其频率与载波频率很近，难以用滤波器消除，容易产生干扰临近频率，对系统产生很大的危害。比如下图中有两个不同频率的输入信号f1和f2，由于功率放大器具有非线性，输出信号中将会出现很多很多新产生的分量，如图3-4所示。

mf1?nf2 （m、n=0、1、2……） （3-6）

图3-4 放大器的交调失真

每个分量分别称为其m+n阶交调分量。上例其m+n阶交调系数是： Mm?n?10logPm?n （3-7） （dBc）Pi三阶交调失真的定义的基频信号的输出功率和三阶交调信号的功率相比之后的取值，即：

IMD3?Pf1-P2f-f （3-8）

21式中，功率采用dBm为单位，IMD3的单位为dBc，dBc即就是基频信号的输出功率与三阶交调信号dBm的差值。

三阶交调点（IP3）的定义是是基频信号功率和三阶交调信号功率的虚拟延

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