射频与微波电路设计-7-功率放大器设计ppt课件.ppt

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1、提高功率放大器的线性，是当前微波电路设计研究的热点。第七讲功率放大器设计1功率放大器主要技术指标—工作频带工作频带是指放大器应满足全部性能指标的连续频率范围。硅双极型晶体管功率放大器和硅金属氧化物场效应管功率放大器的工作频率是从300MHz到4GHz（注：以上数据是1995年前水平），砷化镓场效应管功率放大器的工作频率是从一吉赫到几十吉赫。为了适应通信技术的发展，专门开辟了标准通信频道，工作带宽从0.5GHz到1GHz，如表7-1所列。2功率放大器主要技术指标—输出功率1．饱和输出功率当功率放大器的输入功率加大到某一值后，再加大

2、输入功率并不会改变输出功率的大小，该输出功率称为功率放大器的饱和输出功率。2．1dB压缩点输出功率P1dB功率放大器增益压缩1dB所对应的输出功率称为1dB压缩点输出功率，记作P1dB。最好的功率匹配并不能得到最好的增益匹配。通常高功率器件的增益低于低功率器件的增益。在宽带系统中要想得到较好的功率输出是很难实现宽带匹配的。3功率放大器主要技术指标—功率效率和功率附加效率4功率放大器主要技术指标—交调失真5功率放大器主要技术指标—三阶交调6功率放大器主要技术指标—三阶交调(1)P1dB点三阶交调系数M3(1dB)P1dB和M3(1

3、dB)是度量微波功率放大器非线性的两个不同指标，它们之间有一定联系。假定微波功率放大器是一个无惯性非线性网络，且在P1dB点的幅度非线性很小，在上述两个假设条件下，两个角频率为1和2的等幅信号输入时，P1dB点的三阶交调系数近似为由于理论分析中的假设，实际测量的误差以及微波晶体管实际非线性特性优劣程度的不一致，在工程估算时，常取M3(1dB)为–20dBc。这里还得注意，上式仅适用双信号等幅情况，如果三信号等幅输入时，上式就不适用了。7功率放大器主要技术指标—三阶交调(2)任意输入功率的三阶交调系数M3图7-1是双频等幅信号

4、输入时基波信号输出功率和三阶交调功率对应基波信号输入功率的变化特性。由图看出，基波信号输出功率与输入功率是1:1（dB数）变化关系，即输入功率增加1dB时，输出信号也增加1dB。三阶交调产物与基波信号输入功率是3:1（dB）变化关系，即基波信号输入功率增加1dB，使三阶交调系数M3恶化2dB。根据上述变化特性，任意输入功率Pin时的三阶交调系数M3可由下式估算式中Pin——基波信号（1或2）输入功率；Pin(1dB)——基波信号1dB增益压缩点输入功率。注意上式中各变量都是以dB为运算单位。图7-1中基波信号输出功率特性延长

5、线与三阶交调特性延长线的交点称为三阶交调交截点。8功率放大器主要技术指标—三阶交调(3)三阶交调交截点图7-1中基波信号输出功率特性延长线与三阶交调特性延长线的交点称为三阶交调交截点，用符号IP3表示，对应的输出功率是P1，它也反映了微波功率放大器的非线性，当输出功率一定时，三阶交调交截点输出功率P1越大，微波功率放大器的线性就越好。由P1也可以估计三阶交调系数式中，Pout是基波信号输出功率。所有变量都是以dB为运算单位，它只适用信号功率较小的情况。三阶交调交截点比1dB压缩点大10dB，它是放大器在A类工作时的一个假想点。9

6、功率放大器主要技术指标—三阶交调10功率放大器主要技术指标—二阶交调(1)二阶交调系数两个角频率为1和2的等幅基波信号同时输入微波功率放大器时，非线性引起的二阶交调（21）失真比二次谐波（21和22）失真严重，大了6dB，它也比三阶交调失真严重。由于二介交调是二阶非线性引起的失真，从电路结构的角度分析，可以用平衡电路减小这种失真。此外，在窄带系统中，二阶交调分量偏离基波信号频率较远，可以采用滤波技术减小它对系统的影响，故设计窄带功率放大器时并不考虑这一项技术指标。而在多信号宽带传输系统（如电缆电视系统）中，二阶交调

7、产物是落在信号通道内，此时，无法用滤波器去减小它对系统的影响，因此，设计宽带功放时必须考察这一项技术指标。二阶交调系数式中P2'——频率为21的二阶交调功率；P1和P2——对应角频率1和2的信号输出功率。因此，在多信号宽带传输系统中，二阶交调系数也是功率放大器非线性的一项重要指标，它的大小取决于电路结构及其工作状况。11功率放大器主要技术指标—二阶交调2、二阶交调交截点同三阶交调交截点一样，二阶交调交截点是二阶交调特性延长线与基波信号输出功率特性延长线的交点。用符号IP2表示。二阶交调产物与基波信号输入功率呈2:1(d

8、B)变化关系，即基波信号输入功率增加1dB，使二阶交调系数恶化1dB。图7-2二阶交调交截点12功率放大器主要技术指标—三拍失真13功率放大器主要技术指标—三拍失真14功率放大器主要技术指标—交扰调制失真15功率放大器主要技术指标—交扰调制失真16功率放大器主要