射頻功率放大器

射頻功率放大器是發送設備的重要組成部分。射頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率與效率。除此之外，輸出中的諧波分量還應該儘可能地小，以避免對其他頻道產生干擾。

射頻功率放大器是對輸出功率、激勵電平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等問題作綜合考慮的電子電路。在發射系統中，射頻功率放大器輸出功率的範圍可以小至mW，大至數kW，但是這是指末級功率放大器的輸出功率。為了實現大功率輸出，末前級就必須要有足夠高的激勵功率電平。

射頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率與效率，是研究射頻功率放大器的關鍵。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。為了實現有效的能量傳輸，天線和放大器之間需要採用阻抗匹配網路

。

傳輸增益

功率放大器的傳輸增益是指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用“dB”（分貝）來表示。功率放大器的輸出增益隨輸入信號頻率的變化而提升或衰減。這項指標是考核功率放大器品質優劣的最為重要的一項依據。該分貝值越小，說明功率放大器的頻率響應曲線越平坦，失真越小，信號的還原度和再現能力越強。

輸出功率

功率放大器的功率指標嚴格來講又有標稱輸出功率和最大瞬間輸出功率之分。前者就是額定輸出功率，它可以解釋為諧波失真在標準範圍內變化、能長時間安全工作時輸出功率的最大值；後者是指功率放大器的“峰值”輸出功率，它解釋為功率放大器接受電信號輸入時，在保證信號不受損壞的前提下瞬間所能承受的輸出功率最大值。

在發射系統中，射頻末級功率放大器輸出功率的範圍可小到毫瓦級（攜帶型移動通信設備）、大至數千瓦級（發射廣播電台）。為了要實現大功率輸出，末級功率放大器的前級放大器單路必須要有足夠高的激勵功率電平。顯然大功率發射系統中，往往由二到三級甚至由四級以上功率放大器組成射頻功率放大器，而各級的工作狀態也往往不同

。

根據對工作頻率、輸出功率、用途等的不同要求，可以用晶體管、FET、射頻功率集成電路或電子管作為射頻功率放大器

。

在射頻功率方面，目前無論是在輸出功率或在最高工作頻率方面，電子管仍然佔優勢。現在已有單管輸出功率達2000kW的巨型電子管，千瓦級以上的發射機大多數還是採用電子管

。

當然，晶體管、FET也在射頻大功率方面不斷取得新的突破。例如，目前單管的功率輸出已超過100W，若採用功率合成技術，輸出功率可以達到3000W

。

效率

效率是射頻功率放大器極為重要的指標，特別是對於移動通信設備。定義功率放大器的效率，通常採用集電極效率ƞc和功率增加效率PAE兩種方法

。

線性

1.衡量射頻功率放大器線性度的指標有三階互調截點（IP3）、1dB壓縮點、諧波、鄰道功率比等。鄰道功率比衡量由放大器的非線性引起的頻譜再生對鄰道的干擾程度

。

2.由於非線性放大器的效率高於線性放大器的效率，射頻功率放大器通常採用非線性放大器。但是分線性放大器在輸入信號的放大的同時會產生一系列的有害影響。

3.從頻譜的角度看，由於非線性的作用，輸出信號中會產生新的頻率分量，如三階互調分量、五階互調分量等，它干擾了有用信號並使被放大的信號頻譜發生變化，即頻帶展寬了

。

4.從時域的角度，對於波形為非恆定包絡的已調信號，由於非線性放大器的增益與信號幅度有關，因此使輸出信號的包絡發生了變化，引起了波形失真，同時頻譜也發生了變化並引起了頻譜再生現象。對於包含非線性電抗元件（如晶體管的極間電容）的非線性放大器，還存在使幅度變化轉變為相位變化的影響，干擾了已調波的相位

。

5.非線性放大器的所有這些影響對移動通信設備來說都是至關重要的。因為，為了有效地利用頻率資源和避免對鄰道的干擾，一般都將基帶信號通過相應濾波器形成特定波形，以限制它的頻帶寬度，從而限制調製后的頻帶信號的頻譜寬度。但這樣產生的已調信號的包絡往往是非恆定的，因此非線性放大器的頻譜再生作用使發射機的這些性能指標變差

。

6.非線性放大器對發射信號的影響，與調製方式密切相關。不同的調製方式，所得到的時域波形是不同的，如用於歐洲移動通信的GSM制式，該制式採用了高斯濾波的最小偏移鍵控（GMSK），是一種相位平滑變化的恆定包絡的調製方式，因此可以用非線性放大器來放大，不存在包絡失真問題，也不會因為頻譜再生而干擾鄰近通道

。

7.但對於北美的數字蜂窩（NADC）標準，採用的是偏移差分正交移相鍵控調製方式，已調波為非恆定包絡，它就必須用線性放大器放大，以防止頻譜再生

。

雜散輸出與雜訊

對於通過天線雙工器公用一副天線的接收機和發射機，如果接收機和發射機採用不同的工作頻帶，發射機功率放大器產生頻帶外的雜散輸出或雜訊若位於接收機頻帶內，就會由於天線雙工器的隔離性能不好而被耦合到接收機前端的低雜訊放大器輸入端，形成干擾，或者也會對其他相鄰通道形成干擾

。

因此必須限制功率放大器的帶外寄生輸出，而且要求發射機的熱雜訊的功率譜密度在相應的接收頻帶出要小於-130dBm/Hz，這樣對接收機的影響基本上可以忽略

。

關注擴展閱讀網站，了解更多詳情。