射频功率放大器的研究现状与应用和分类

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1、射频功率放大器的研究现状与应用和分类1射频功率放大器的研究现状随着人类社会进入信息时代，无线通信技术有了飞速的发展，尤其是射频微波通信技术的产生和发展无疑对无线通信技术的发展起到了决定的作用。高频电磁波具有一些频率低端无法比拟或无法实现的特点和优点，如微波、毫米波能够穿透地球大气电离层，实现航天通信，所以开发射频微波通信具有现实意义。频率高端中的微波频段是目前研究与应用的热点，这导致了射频有源电路研制的繁荣。在几乎所有的射频微波系统中，都离不开对信号的放大，射频放大器在有源电路中占据了突出的位置。射频固态功率放大器(RFPA)由于

2、具有工作电压低、尺寸小等优点，广泛应用在卫星通信、移动通信、雷达和电子战以及各种工业装备中。随着无线通信和军事领域新标准新技术的不断发展，日益要求提高射频功率放大器的性能，使之在更宽频带内，具有更高的输出功率、效率和可靠性。例如在通信基站中，因为CDMA基站采用四相相移键控(QPSK)技术，需要对多路载波同时放大，此时信号幅度将随时间剧烈变化，要求峰-均比达10～13dB，所以要求PA具有较高的线性度；在第三代移动通信系统(3G)中，要求数据传输速率达到2Mbit/s，单个信号的带宽达5MHz，这就需要PA具有宽带特性；为了降低通

3、信运营商的运营成本，减小冷却成本，易于热控制，就要求提高PA的效率；为了减小功率放大的级数和功率管的使用数量，以更低的功率进行驱动，降低成本，就要求提高放大器的增益；为了增加通信基站的覆盖范围，减小固定区域内所需要设置的基站以节约成本，同时减小电路的尺寸和重量，就要求提高PA的输出功率。所有的这些问题，对射频功率放大器的设计提出了新的要求[1]。近五十年来射频器件和射频技术的不断发展是推动射频功率大器发展的两大因素。射频器件的发展使射频功率放大器的发展成为可能，射技术的发展使射频功率放大器的性能不断得到提高。(1)在射频器件方面：

4、1948年Shockley.Bardeen等人发明双极晶体管(BJT)及1952提出结型场效应管(JFET)以后，硅双极晶体管开始应用于射频微波领域，从而可以对从几百兆赫(UHF)到Ka波段的信号进行放大；70年代以后，GaAs单晶及其外延技术获得突破，GaAs肖特基势垒栅场效应晶体管(GaAsMESFET)研制成功，由于GaAs材料载流子迁移率高、禁带宽度大，从而使射频微波功率放大器具有高频率、低噪声、大功率等一系列优点。进入80年代，由于分子速外延技术和有机金属化学沉技术的进展，超薄外延层的厚度及杂质浓度得以精确控制，使异质结

5、器件迅速发展，由ALGaAs/GaAs或InP/InGaAs组成的异质结双极晶体管(HBT)相续研制成功，采用这些器件设计射频功率放大晶体管，使射频固态功率放大器的工作频率达到毫米波频段；到90年代，激增了多种新型固态器件，如高电子迁移管(HEMT)，假同晶高电子迁移管(PHEMT)，异质结场效应管(HFET)和异质结双极管(HBT)，同时使用了多种新材料如InP,SiC及CaN等。这些器件能够对100GHz乃至更高频率的信号进行放大，而且在多数情况下可以运用MMIC技术。其中高电子迁移率晶体管(HEMT)的低噪声性能比场效应管更

6、优越，运用这种器件设计成低噪声放大器，在C波段噪声温度可达250K左右，广泛用于卫星接收；而PHEMT则用一个InGaAs薄层来作为沟道的材料，同时在A1CaAs/InGaAs异质交界面上具有一个更大的不均匀导带，使其比HEMT能容纳更高的电流密度和跨导，从而可以在较宽的工作电流范围内保持更低噪声系数和更高增益，这激起了人们对设计高速、高频、低噪声、高增益的射频固态功率放大器的极大兴趣。以此同时，单片集成(MMIC)射频器件也在快速发展，这是一种可以在几平方毫米砷化镓(GaAs)基片上集成微波放大器电路的技术，其体积小，增益高，己

7、越来越受到用户的青睐。另外随着新型材料和工业技术水平的发展，无源器件的制造技术也得到不断革新，无源器件的尺寸不断减小，精度不断提高，大大降低了无源器件寄生参数在高频电路设计时所带来的影响。(2)在射频技术方面：非线性是高功率放大器设计中的难点，但是，随着DSP技术和微处理控制技术的出现和发展，使得我们能够广泛地应用各种功率放大器线性化技术，如复杂的反馈技术和预失真技术来提高放大器的效率及线性度；功率合成技术的发展，使我们可以采用多个放大管输出高达几千瓦的功率；宽带技术使我们可以对带宽达几个GHz以上的信号进行放大；以此同时，各种效

8、率增强技术为我们提高功率放大器的效率提供了方便。如今，通过采用新型的器件和新颖设计技术，人们己经开发出各种功率放大器来满足通信及军事上的需求。射频微波功率放大器由于其所具有的优点，在中小功率的应用领域已基本取代电真空器件，并在高功率应用领域逐渐成为