淺議射頻功率放大器的研究

田進

摘 要：隨著現代通信技術的發展，發送設備系統在現代通信系統中地位十分突出，同時對于發送設備系統中射頻功率放大器是極為重要的部件，因此加強對射頻功率放大器的研究對于提高其綜合性能以及融合現代通信技術都十分重要。研究射頻功率放大器就要從最基本的概念、類別劃分以及主要技術指標開始。文章主要對射頻功率放大器的基本概念、射頻功率放大器的分類以及射頻功率放大器的主要技術指標做了簡單闡述，可以對研究射頻功率放大器的單位及科研人員提供一些借鑒。

關鍵詞：射頻放大器；基本概念；類別；技術指標

前言

在發送設備系統中射頻功率放大器是極為重要的組成器件，其主要是針對輸出功率、功耗、效率、激勵電平、失真以及尺寸和重量等相關因素做出綜合考慮的一種電子電路。輸出功率以及效率是衡量射頻功率放大器的主要指標，在此基礎上對于輸出的諧波分量要盡可能的小，進而避免產生對其他頻道的干擾。此外射頻功率放大器在發射系統的應用中，其輸出功率范圍一般較大，可以從mW到kW之間。因此對射頻功率放大器進行研究，并實現射頻大功率輸出，把握關鍵環節，實現高效的能量傳輸，對于發送系統意義十分重大。

1 射頻功率放大器的分類

由于射頻功率放大器頻帶相對于較窄工作頻率較高，因此其負載回路一般均采用選頻網絡。對于射頻功率放大器的分類可以按照電流導通角進行分類，當其放大器的電流導通角為360°時，將該種射頻功率放大器成為甲類工作狀態也可成為A類，該類放大器適合于將低功率小信號進行放大；當其放大器的電流導通角為180°時將該種射頻功率放大器成為乙類工作狀態也可成為B類，該類放大器適合于大功率工作狀態；當其放大器的電流導通角小于180°時我們將該種射頻功率放大器成為丙類工作狀態也可成為C類，該類放大器與乙類相同，均適合于大功率工作狀態，只不過丙類工作狀態的效率和輸出狀態相對更大。因此大多數射頻功率放大器都工作在丙類狀態，但由于丙類工作狀態的放大器有一明顯的缺點就是能夠使得電流波形過大失真，因此為了避免過度失真，一般采用調諧回路將負載諧振功率放大，這是因為調諧回路具備濾波功能，進而使得電流波形接近于正弦狀態，進而最大程度減小失真。除此之外為了得到更大的功率放大以及效率，還有丁類工作狀態放大器以及戊類工作狀態放大器，按照英文也可成為D類和E類。

2 射頻功率放大器的主要技術指標

2.1 輸出功率

對于射頻功率放大器來說其功率嚴格意義上分為最大瞬間輸出功率和標準輸出功率，我們常說的輸出功率其實就是標準輸出功率也是額定輸出功率，其實質就是射頻功率放大器能夠以長時間安全工作且諧波失真能夠在標準范圍內的輸出功率最大值，而最大瞬間輸出功率指的是在不受信號損壞的條件下射頻功率放大器能夠承受的最大峰值輸出功率。射頻功率放大器在發射系統的實際應用中，其末級輸出功率的范圍空間相當大，因此為了實現輸出大功率，一般在其前級單路上設有足夠大的激勵功率電平，這樣也就有了多級放大環節。對于射頻功率放大器輸出功率指標的掌握，主要是因為其要與工作頻率以及用途相結合，進而選取FET、晶體管、射頻功率集成電路還是電子管作為其使用元件。就目前射頻功率放大器的技術發展而言，對于較高輸出功率的射頻功率放大器多選用電子管，其他輸出功率等級的可以考慮FET和晶體管。

2.2 傳輸增益

傳輸增益就是指射頻功率放大器輸出功率與輸入功率的比值，用單位分貝dB來表示。由于射頻功率放大器的傳輸增益是可以隨著輸入信號的變化而變化的，因此射頻功率放大器的傳輸增益是衡量射頻功率放大器品質及性能好壞的一項重要指標。當其傳輸增益的分貝值越小，說明其頻率的相應曲線更加趨于平坦，其信號失真也就越小，信號的再現能力與還原能力就越強。因此該指標為我們選取射頻功率放大器提供了重要依據。

2.3 線性

線性其實就是指射頻功率放大器的線性度，其指標包括1dB壓縮點、IP3（三階互調截點）、鄰道功率比以及諧波等。其中鄰道功率比就是用來衡量射頻功率放大器非線性頻譜再生造成對鄰道的干擾程度。射頻功率放大器一般采用非線性放大器，這是因為非線性放大器在效率指標上高于線性放大器。從頻譜角度上衡量，非線性放大器的輸出信號可以產生新的頻率分量，進而使得其干擾了有用信號使信號，頻譜變大頻帶展寬。從時域角度上衡量，由于非線性放大器的傳輸增益因素影響，使得其波形失真出現頻譜再生現象，此外還存在相位變化影響。而這些諸多影響對于移動通信設備的性能和功能都極為重要，因此研究這些因素的影響范圍以及應對措施，對于射頻功率放大器的實際應用具有十分重要的意義。

2.4 效率與雜散輸出

對于射頻功率放大器而言，效率也是一項極為重要的技術指標，因為其直接影響通信設備的綜合效率。我們通常采用PAE（功率增加效率）以及nc（集電極效率）等方法來衡量該項指標。雜散輸出與噪聲會在當接收機和發射機采用不同頻帶工作時產生于接收機頻帶內，進而對其它鄰道形成干擾。為此必須采取一定的措施限制射頻功率放大器頻帶以外的寄生輸出，進而減少信號干擾。

3 結束語

綜上所述，射頻功率放大器是現代發送設備系統當中極為重要的組成器件。對射頻功率放大器進行研究，實現射頻大功率輸出，掌握和提高射頻功率放大器的技術指標，實現高效的能量傳輸，對于發送系統意義十分重大。射頻功率放大器的分類按照電流導通角分為A、B、C、D、E即甲、乙、丙、丁、戊等五類，不同類別的放大器，其應用場合不同。射頻功率放大器的主要技術指標包括：輸出功率、傳輸增益、線性以及效率與雜散輸出等。為了能夠更好的應用射頻功率放大器提高其綜合性能，我們就必須要掌握其最基本的類別劃分以及技術指標的研究，進而找到提升辦法。

參考文獻

[1]金瑋，李斌.磁共振射頻子系統主要參數對整體性能的影響[J].中國醫療器械雜志，2012.

[2]王青平，張曉發，譚淵，等.基于IFM的小型化線性射頻放大器設計[J].半導體技術，2012.

[3]王利艷，馬玉霞.MR-5002型射頻功率放大器故障維修2例[J].醫療衛生裝備，2014.

[4]王洋，劉太君，葉焱，等.逆F類高效氮化鎵Doherty射頻功率放大器設計[J].微波學報，2014.