單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計分析

楊陽

摘? 要：無線通信是現(xiàn)代社會信息化發(fā)展的重要組成部分，通過商用通信以及民用通信的技術(shù)發(fā)展，充分滿足了不同產(chǎn)業(yè)的信息傳輸需求。針對單片集成射頻微波功率放大器的電力結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)特點，總結(jié)單片集成射頻微波功率放大器以及開關(guān)設(shè)計的方案，旨在通過設(shè)計方法以及射頻公路模塊的設(shè)計，增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，以供參考。

關(guān)鍵詞：單片集成射頻微波;功率放大器;開關(guān);設(shè)計

中圖分類號 ：TM03? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

單片集成射頻微波功率放大器通常被運用于無線通信以及無線電系統(tǒng)中，其中無線發(fā)射機作為主體部分，將微波用于手機等終端系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)的運行效率，滿足線性度的設(shè)計需求。微波功放系統(tǒng)主要包括功率MOSFET、GaAs MESFET以及SiGe HBT 晶體管等，若將這些系統(tǒng)作為集成電路，可以結(jié)合單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計特點，對系統(tǒng)的運行狀況以及電力設(shè)計模式進行總結(jié)，增強系統(tǒng)工藝的處理效率，降低系統(tǒng)的運行難度。因此，該研究對單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計狀況進行總結(jié)，通過對功放效率、線性度以及性能指標(biāo)的總結(jié)，研究具體的技術(shù)方案，方法如下。

1 射頻微波功率放大器

射頻微波功率放大器是無線發(fā)射機中較為重要的組成部分，將其運用于射頻信號的功率放大系統(tǒng)中，可以通過信號的處理更好地發(fā)射信號，增強信息處理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴Ｔ谏漕l微波功率放大器的使用過程中，應(yīng)該滿足輸出功率的基本需求，確定小信號和大信號之間的區(qū)別，增強信號模型處理的有效性。在電路分析中，射頻公路放大器在工作時具有低電壓以及大電流的特點，所以，在設(shè)計射頻微波功率放大器時，應(yīng)該對這一問題進行改進。在功率放大器中，若按照工作狀態(tài)進行劃分，可以將其分為線性功率放大器以及非線性功率放大器，其中，功率放大器中最重要的指標(biāo)是輸出功率以及輸出功效，為了保證無線通信處理的有效性，應(yīng)該對射頻微波功率放大器進行合理設(shè)計。

2 射頻微波功率放大器設(shè)計中所面臨的問題

在射頻微波功率放大器設(shè)計的過程中，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與材料、工藝存在關(guān)聯(lián)，所以，在射頻微波功率放大器的芯片設(shè)計中，所遇到的問題主要體現(xiàn)在2個方面。1）在射頻微波功率放大器設(shè)計中，通常會選擇CMOS的工藝頻率使用方法，這種技術(shù)的工藝成本低，將其運用于特殊工藝系統(tǒng)中，可以增強高頻性能系統(tǒng)使用的整體效率，增加工藝費用的支出。2）在高效率以及高線性度功率放大器的設(shè)備運行中，存在發(fā)生功率較低的問題，為了保證終端產(chǎn)品的正常運行，應(yīng)該合理設(shè)計無線通信系統(tǒng)，通過多種方案的調(diào)試，調(diào)整功率放大器線性，所以，在射頻微波功率放大器及開關(guān)設(shè)計中，應(yīng)該及時認(rèn)識到工藝尺寸小以及電流密度承受低等問題，明確射頻芯片的設(shè)計難點，提高射頻微波功率放大器設(shè)計的整體水平。

3 單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計

3.1 多級結(jié)構(gòu)的功率放大器

在多級結(jié)構(gòu)的功率放大器中，系統(tǒng)的設(shè)計方案主要包括2個部分，1種是確定每級功放的工作類型，另1種是確定幾級的功放，將這種系統(tǒng)運用在發(fā)射機鏈路中，可以有效提高功率放大器的輸入功率、放大器的輸出功率等。在研究過程中，為了使系統(tǒng)的運行獲得最高的功率，降低單個晶體管承受的電流強度，可以通過多個晶體管并聯(lián)的模式，進行電流的分散處理，以更好地降低輸出阻抗，提高系統(tǒng)運行的整體效率。例如，在兩級功率放大器電路結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過非恒包絡(luò)調(diào)制方法的運用，可以增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。兩級功放通過導(dǎo)角大小差異的分析，確定每一層級功率的放大功能及縮小功能，時刻保持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，改善線性度的運行狀態(tài)。而且，在發(fā)射線引入的過程中小電感會降低放大器的增益狀態(tài)，滿足放大器的運行需求。

3.2 功率晶體管的選擇

晶體管在直流工作中，在電路輸入輸出中達(dá)到抗組的目的，雖然該種設(shè)備及工藝會遇到最大電流密度的限制，但是通過晶體管的調(diào)整，可以更好地提高輸出功率，滿足設(shè)備集成電路設(shè)計的核心需求。

3.3 偏置電路

通過對單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計狀況分析，射頻電路中的直流偏置作為較為重要的內(nèi)容，再確定良好的直流偏置電路式，可以將晶體管參數(shù)以及溫度控制在合理的范圍內(nèi)，時刻保持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且在有源偏置網(wǎng)絡(luò)中，能夠更好地適用多種溫度的變化。所以，在偏置電路設(shè)定過程中，需要按照放大器的設(shè)計用途，確定偏置條件，以保護單片集成射頻微波功率放大器的使用需求。

3.4 穩(wěn)定性的設(shè)計

穩(wěn)定性是放大器設(shè)計時較為重要的內(nèi)容。在射頻功率放大器的使用過程中，出現(xiàn)不穩(wěn)定性的原因與射頻電路中的非線性寄生參數(shù)存在關(guān)聯(lián)，當(dāng)系統(tǒng)受到電磁干擾，會使電路發(fā)生不同的震蕩，影響端口設(shè)計、匹配網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性。

在確定放大器的穩(wěn)定性過程中，應(yīng)該將條件穩(wěn)定以及絕對穩(wěn)定作為核心，首先，在條件穩(wěn)定時，需要在特定射頻的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對部分的|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的負(fù)載，應(yīng)該滿足|Γin|<1以及|Γout|<1。其次，在絕對穩(wěn)定的狀況下，主要是指某個網(wǎng)絡(luò)在一定的工作頻率狀況下，|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的負(fù)載符合|Γin|<1以及|Γout|<1，|ΓS|<1以及|ΓL|<1的基本需求。因此，在單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)使用過程中，為了保證放大器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以保證串聯(lián)反饋型的穩(wěn)定性，提高線性系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性。

3.5 匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)設(shè)計中，匹配電路可以有效地解決射頻電信號的傳輸問題。其中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計作為射頻功率放大器中較為重要的設(shè)計內(nèi)容，通過公路放大器匹配網(wǎng)絡(luò)，能夠更好地進行輸出功率、效率的系統(tǒng)整合，明確系統(tǒng)的運行指標(biāo)。而且，在對兩級射頻公路放大器進行匹配時，通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)以及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的綜合運用，能夠進行各個等級的耦合處理，提升系統(tǒng)運行的有效性。應(yīng)該注意的是，在設(shè)計抗組匹配網(wǎng)絡(luò)中，可以利用方程計算法以及Smith圓圖方法進行設(shè)計，其中的Smith圓圖方法可以達(dá)到使用簡單、方便以及直觀的目的。

4 結(jié)語

由于微波功放技術(shù)具有復(fù)雜性，在單片集成功率設(shè)計過程中，應(yīng)該明確放大器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通過兩級功率放大器的使用，對整個設(shè)計過程進行系統(tǒng)分析，結(jié)合晶體管的合理選擇、偏置電路的設(shè)計以及穩(wěn)定設(shè)計等，對兩級功率放大器的功率以及線性度進行系統(tǒng)分析，增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)設(shè)計中，也應(yīng)該通過單片集成射頻微波功率放大器的合理設(shè)計，進行系統(tǒng)設(shè)計以及開關(guān)設(shè)計的科學(xué)選擇，提高射頻微波功率放大器設(shè)計以及系統(tǒng)的使用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]黃林鋒.單片集成微波/射頻功率放大器技術(shù)進展[J].數(shù)碼世界， 2017（12）：289-289.

[2]王嘉文， 陶洪琪.諧波控制在射頻功率放大器設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 固體電子學(xué)研究與進展， 2018， 38（2）：101-105.

[3]林倩.射頻功率放大器互連可靠性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模研究[J].固體電子學(xué)研究與進展， 2018， 38（04）：49-56.

[4]李彩紅.一種Ka波段PHEMT單片集成功率放大器設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)， 2013， 36（4）：127-129.

[5]游恒果， 馮威， 倪帥.7～8 GHz單片集成高功率氮化鎵功率放大器[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗， 2018， v.36;No.213（3）：50-54.