射頻功率放大器的研究

張磊

摘 要

隨著現代通信技術的不斷發展，射頻功率放大器在通信系統中的應用越來越廣泛，它主要是用來將小信號在指定頻段高效率的將其放大，再利用饋線系統將放大的信號傳送給發射天線。由此可見，通信系統中的大部分能量都被射頻功率放大器所消耗，因此，對于射頻電路設計來說，怎樣進一步提高射頻功率放大器的工作效率和輸出功率是研究的重點也是難點。本文首先分析了我國射頻功率放大器的研究現狀，并對射頻功率放大器進行了簡要的概述，然后以E類功率放大器為基礎進行深入的研究。另外，本文還深入的分析了功率合成器，旨在提高輸出功率。

【關鍵詞】射頻功率放大器 功率合成 E類功率放大器

射頻功率放大器是各種無線發射機中十分關鍵的組成部分，對現代通信系統有非常重要的意義，它主要被用來將射頻小信號在指定工作頻段高效率的放大，然后再將其傳送給發射天線。要想使整個通信系統的水平得到進一步提高，提高射頻功率放大器的輸出功率、工作效率等指標至關重要。目前，4G無線通信網絡被廣泛應用于各個領域，為了盡可能的滿足人們的生產和生活需求，提高通信速率和頻帶利用率是重要手段，但在此過程中，也使得通信系統中的調試方式越來越復雜，再加上數字傳輸技術的出現，在提高工作效率及線性度方面都給射頻功率放大器提出了更高的要求。

1 射頻功率放大器國內的研究現狀

我國涉足射頻領域較晚，很多方面與國外相比還處于初級階段，再加上軍工產品的禁運限制，很多先進的射頻功率放大器無法運往國內。功率放大器的應用極為廣泛，涉及到的領域包括航天科技、衛星通信、軍用通信等，因此，充分了解和掌握射頻電路設計核心技術，進一步提高半導體方面的工藝設計，是提高射頻技術的唯一途徑。值得慶幸的是，我國對于高精度設備的設計和產生給予了高度重視，越來越多的專家學者致力于射頻技術的研究，這就使得國內的射頻技術也得到了很大程度的提高，取得的成果也較為矚目。

2 射頻功率放大器概述

設計射頻功率放大器應該從了解各項技術指標入手，充分掌握各項指標的物理意義和制定目的，有助于進一步理解放大器的工作原理，只有全面掌握以上內容，才能為提高放大器設計水平提出更好的建議。針對不同的電路設計，放大器的工作狀態也會不同，充分了解放大器在不同工作狀態下的工作原理，有利于對放大器工作狀態的選型。其中射頻放大器在設計過程中應該重點考慮其工作效率、輸出功率、線性特征等指標參數。

2.1 射頻功率放大器的技術指標

無線發射機是現代通信系統中能量消耗最多的部分，而作為發射機中的核心器件，射頻功率放大器消耗了其中絕大多數能量。與傳統的低頻放大器相比，射頻功率放大器在設計過程中需要考慮的因素既多又復雜。另外，對于射頻功率放大器來講，設計過程中需要重點考慮的參數包括工作效率、輸出功率、線性范圍等。

2.2 射頻功率放大器的分類

射頻功率放大器具有較多的種類，在分類上不同的分類原則得出的結果也會不同。工程師一般情況下傾向于按照功放管導通角進行分類，這樣可以分為A類、B類、AB類、C類、D類、E類等。A類功率放大器的導通角為360度，這就意味著在放大電路中功放管的狀態一直是放大的，比較適用于非恒定包絡調制放大電路，但A類放大器的不足之處在于它的效率不高，因此，該類放大器對小信號的放大有非常顯著的效果；B類功率放大器的導通角為180度，這就是說功放管在一個周期內只有半個周期是導通的，因此，B類功率放大器需要結合其他放大電路共同使用，只有這樣才能保證兩個負載到一起合成一個周期。但與A類功率放大器相比B類功率放大器的的效率較高，比較適用于中低頻大功率放大電路；AB類功率放大器的導通角介于180度到360度之間，由此可以看出，AB類放大器既能夠達到A類放大器的線性要求，也能夠兼顧B類功率放大器的效率；C類功率放大器的導通角小于180度，它主要用來將恒定包絡信號放大，且效率與導通角的大小有直接關系；D類功率放大器的導通角為180度，具有較高的效率，理想狀態下高達100%；E類功率放大器是本文研究的重點，它屬于開關類放大器，開關類放大器的典型特征就是效率高，且它還兼具了傳統放大器的線性，尤其是在VHF頻段表現非常優異，軍工和工業無線通信中采用的便是E類功率放大器。

3 功率合成器

隨著人們對功率的要求越來越高，很多情況下單個射頻功率放大器的輸出功率已經不能充分滿足系統的需求，這就借助需要功率合成技術，將兩路甚至更多路功率放大器的輸出信號合成，使其變成一路。另外，功率合成技術還能有效提高系統的可靠性，防止當其中某路功率放大器發生故障，系統的輸出量出現零的情況。一般情況下，功率的合成主要采用的是功率合成網絡的方式。一個理想的功率合成器的需要滿足以下條件，首先要滿足功率相加的原則，另外在各個功率放大器之間相互沒有關聯，其中一個出現故障，不會影響其他功率放大器的工作狀態，此外，還要遵循功率相減原則，即當一個或幾個功率放大器出現損壞，要盡最大可能減小負載上損失的功率。

4 總結

由于E類射頻功率放大器在VHF波段表現優異，因此，被廣泛應用于各類無線通信系統中，且得到了快速的發展。本文首先簡述了國內射頻功率放大器的研究現狀，再通過分析射頻功率放大器的技術指標及分類，對射頻功率放大器有了進一步的了解，文章的最后又對功率合成器進行了簡要的介紹，希望通過上述分析，能夠使大家對射頻功率放大器有更充分的認識。

參考文獻

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作者單位

中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北省石家莊市 050081