功率放大器那点事

射频功率放大器RFPA的功能

射频功率放大器RFPA是发射系统中的主要部分，其重要性不言而喻。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。功率放大器往往是固定设备或终端的最昂贵、最耗电、效率最低的器件。

在调制器产生射频信号后，射频已调信号就由RFPA将它放大到足够功率，经匹配网络，再由天线发射出去。

图1 发射系统框图

放大器的功能，即将输入的内容加以放大并输出。输入和输出的内容，我们称之为"信号"，往往表示为电压或功率。对于放大器这样一个"系统"来说，它的"贡献"就是将其所"吸收"的东西提升一定的水平，并向外界"输出"。这一"提升的贡献"，即为放大器存在的"意义"所在。如果放大器能够有好的性能，那么它就可以贡献更多，这才体现出它自身的"价值"。如果放大器的初始"机制设计"存在着一定的问题，那么在开始工作或者工作了一段时间之后，不但不能再提供任何"贡献"，反而有可能出现一些不期然的"震荡"，这种"震荡"，对于外界还是放大器自身，都是灾难性的。

射频功率放大器RFPA的分类

根据工作状态的不同，功率放大器分类如下：

图2 功率放大器的分类

射频功率放大器的工作频率很高，但相对频带较窄，射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射频功率放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲 （A）、乙（B）、丙（C）三类工作状态。甲类放大器电流的导通角为360°，适用于小信号低功率放大，乙类放大器电流的导通角等于180°，丙类放大器电流的导通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射频功率放大器大多工作于丙类， 但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。

除了以上几种按照电流导通角分类的工作状态外，还有使电子器件工作于开关状态的丁（D）类放大器和戊（E）类放大器，丁类放大器的效率高于丙类放大器。

射频功率放大器RFPA的性能指标

射频功率放大器RFPA的主要技术指标是输出功率与效率，如何提高输出功率和效率,是射频功率放大器设计目标的核心。通常在射频功率放大器中，可以用LC谐振回路选出基频或某次谐波，实现不失真放大。总体来说，放大器的评判大概存在着如下指标：

增益。这是输入和输出之间比值，代表着放大器的贡献。好的放大器，都是在其"自身能力的范围内"，尽可能多的贡献出"产出"。

工作频率。这代表着放大器对不同频率信号的承载能力。

工作带宽。这决定着放大器能够在多大范围内产生"贡献"。对于一个窄带放大器来说，其自身设计即便没有问题，但是其贡献可能是有限的。

稳定性。每一个晶体管都存在着潜在的"不稳定区域"。放大器的"设计"需要消除这些潜在的不稳定。放大器的稳定性包括两种，潜在不稳定和绝对稳定。前者可能在特定条件和环境下出现不稳定现象，后者则能够保证在任何情况下保持稳定。稳定性问题之所以重要，是因为不稳定意味着"震荡"，这时放大器不但影响自身，还会将不稳定因素输出。

最大输出功率。这个指标决定着放大器的"容量"。对于"大的系统"来说，希望他们在牺牲一定的增益的情况下能够输出更大的功率。

效率。放大器都要消耗一定"能量"，还实现一定的"贡献"。其贡献与消耗之比，即为放大器的效率。能够贡献更多消耗更少，就是好的放大器。

线性。线性所表征的是放大器对于大量输入进行正确的反应。线性的恶化表示放大器在过量的输入的状态下将输入"畸变"或"扭曲"。好的放大器不应该表现出这种"畸形"的性质。

射频功率放大器RFPA的电路组成

放大器有不同类型，简化之，放大器的电路可以由以下几个部分组成：晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路

1、晶体管

晶体管有很多种，包括当前还有多种结构的晶体管被发明出来。本质上，晶体管的工作都是表现为一个受控的电流源或电压源，其工作机制是将不含内容的直流的能量转化为"有用的"输出。直流能量乃是从外界获得，晶体管加以消耗，并转化成有用的成分。一个晶体管，我们可以视之为"一个单位"。不同的晶体管不同的"能力"，例如其承受功率的能力有区别，这也是因为其能获取的直流能量的能力不同所致；例