1、介紹

 

寬kuan帶dai放fang大da器qi的de設she計ji者zhe需xu要yao滿man足zu多duo種zhong設she計ji需xu求qiu，例li如ru，對dui許xu多duo應ying用yong來lai說shuo，寬kuan帶dai放fang大da器qi需xu要yao足zu夠gou的de線xian性xing，且qie在zai諧xie波bo頻pin率lv處chu是shi全quan反fan射she的de。此ci外wai，對dui於yu雷lei達da，軍jun用yong發fa射she機ji等deng非fei廣guang播bo電dian視shi的de應ying用yong來lai講jiang
，放fang大da器qi還hai必bi須xu能neng夠gou承cheng受shou輸shu出chu端duan巨ju大da的de失shi配pei
，這zhe些xie通tong常chang是shi連lian接jie天tian線xian的de特te性xing，終zhong端duan負fu載zai，待dai測ce設she備bei本ben身shen的de反fan射she等deng原yuan因yin造zao成cheng的de。對dui於yu這zhe些xie應ying用yong

，放fang大da器qi的de強qiang健jian性xing，也ye就jiu是shi說shuo不bu易yi損sun壞huai就jiu變bian得de異yi常chang重zhong要yao了le。由you於yu放fang大da器qi損sun壞huai導dao致zhi的de不bu可ke測ce量liang，就jiu意yi味wei著zhe工gong程cheng會hui麵mian臨lin嚴yan重zhong且qie昂ang貴gui的de延yan誤wu，甚shen至zhi實shi驗yan室shi的de收shou益yi也ye會hui受shou到dao損sun失shi等deng。

 

congshangyedejiaodulaijiang，bulunshichushitouzihaishiyihoudeyunxingchengbendoushifeichangzhongyaode。yinci，gaodekekaoxingyijiyiweihuxingjiushidadaozhexiemubiaodeguanjianyinsu。ciwai
，duiyuchaodagonglvdekuandaifangdaqilaishuo，weilejiangdiyunzhuanfeiyong，haixuyaojinkenengdetigaogonglvxiaolv。benwendedierbufenjiangduicijinxingxiangxitaolun。

 

dangweimouyigetedingyingyongxunzhaofangdaqideshihou
，zuizhongyaodeshinengdoujieshiqingchushujubiaozhongdegegecanshu，butongdegongfangzhizaoshangdingyigongfangcanshudefangshishibuyiyangde。disanbufenjiangjianyiruhedudongzhecanshubingruheduibi。

 

2

、高功率寬帶放大器設計的挑戰

 

設計高功率寬帶放大器時，工程師需要對帶寬 
，增(zeng)益(yi)

，輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)以(yi)及(ji)在(zai)各(ge)種(zhong)幅(fu)度(du)和(he)相(xiang)位(wei)條(tiao)件(jian)下(xia)失(shi)配(pei)的(de)行(xing)為(wei)特(te)性(xing)，線(xian)性(xing)度(du)，諧(xie)波(bo)特(te)性(xing)，功(gong)率(lv)效(xiao)率(lv)等(deng)進(jin)行(xing)綜(zong)合(he)考(kao)慮(lv)，並(bing)從(cong)中(zhong)找(zhao)出(chu)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)優(you)先(xian)考(kao)慮(lv)的(de)指(zhi)標(biao)。

 

這些指標大多是相互影響的，對於給定的晶體管guan類lei型xing來lai說shuo，設she計ji的de帶dai寬kuan增zeng加jia，能neng夠gou得de到dao的de輸shu出chu功gong率lv就jiu會hui減jian小xiao。更geng加jia具ju有you挑tiao戰zhan性xing的de是shi，為wei了le達da到dao更geng大da的de輸shu出chu功gong率lv，匹pi配pei網wang絡luo以yi及ji相xiang應ying的de功gong分fen電dian路lu，功gong率lv合he成cheng電dian路lu就jiu會hui變bian得de更geng加jia困kun難nan。同tong時shi，功gong放fang管guan的de使shi用yong壽shou命ming非fei常chang依yi賴lai於yu放fang大da器qi的de散san熱re設she計ji和he功gong放fang管guan外wai圍wei的de保bao護hu電dian路lu。

 

對於A類 fangdaqi
，jingtiguantongchangpianzhizaiyigejiaodadejingtaidianliushang
，zheyangkeyidedaoyigefeichangxianxingdefangdatexing，danshiqueyaochengshouchadegonglvxiaolv
，bingduijingtiguandailaihendadesanreyali。AB類放大器相比A類(lei)放(fang)大(da)器(qi)具(ju)有(you)低(di)的(de)靜(jing)態(tai)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu)，同(tong)樣(yang)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)很(hen)好(hao)的(de)線(xian)性(xing)特(te)性(xing)
，以(yi)及(ji)好(hao)得(de)多(duo)的(de)功(gong)率(lv)效(xiao)率(lv)
，晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)散(san)熱(re)壓(ya)力(li)得(de)到(dao)減(jian)小(xiao)。通(tong)常(chang)都(dou)采(cai)用(yong)推(tui)挽(wan)結(jie)構(gou)來(lai)進(jin)行(xing)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)。

 

為了更好的理解熱應力對晶體管使用壽命的影響
，我們可以以典型LDMOS晶體管的結溫行為特性來說明
，如圖1所示。根據經驗所說
，結溫降低10度

，晶體管壽命可以增加一倍。如果使用GaN晶體管，結溫的降低對壽命有更大的好處。現在的功放管可以提供更大的RF 功gong率lv密mi度du，能neng夠gou實shi現xian更geng加jia緊jin湊cou尺chi寸cun更geng小xiao的de放fang大da器qi，設she計ji的de關guan鍵jian就jiu變bian成cheng了le如ru何he設she計ji更geng加jia高gao效xiao的de熱re沉chen來lai處chu理li功gong放fang管guan耗hao散san出chu來lai的de大da量liang熱re能neng。對dui於yuA類放大器來說，這通常是難以實現的
，需要更多的晶體管，並降低每個晶體管的最大功率輸出
，來處理散熱難題。即使這樣
，Aleifangdaqizaimeiyoushepinshurudeqingkuangxia，rengranjuyouhengaodejiewen，yuanyinzaiyutamenjuyouhendadejingtaipianzhidianliu，dangsanreshejichulibuhaoshi，shiyongshoumingjiuhuidadajianshao。

 

圖1
、LDMOS 晶體管壽命隨漏極電流在不同結溫下的關係曲線，曲線1到11代表結溫從100 °C到200 °C，步進10 °C

 

對於一些應用來說，並不是總是需要寬帶放大器提供最大的功率輸出，例如進行EMS測試。圖2 顯示的是在一個200伏/米的EMS係統中，放大器加到EMS天線上的功率隨頻率變化的校準曲線。可以看出，需要不同的功率輸出來達到相應的場強。如圖2 中描述的
，在100MHz處，需要的最大前向功率是1050瓦左右，而在200MHz及以上頻率處 
，所需的最大前向功率降到600瓦左右，對於某些頻點 甚至可以降低到400瓦左右。因此，在這些EMS應用當中，AB類放大器相比A類放大器具有更好的效率

，晶體管更低的結溫可以帶來更長的使用壽命。

 

圖2、在EMS 測試中，為達到200伏/米的場強，放大器輸出和天線輸入端在不同頻率處所需要達到的前向功率

 

不(bu)考(kao)慮(lv)高(gao)功(gong)率(lv)寬(kuan)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)的(de)類(lei)型(xing)，高(gao)的(de)駐(zhu)波(bo)比(bi)也(ye)會(hui)對(dui)晶(jing)體(ti)管(guan)帶(dai)來(lai)額(e)外(wai)的(de)壓(ya)力(li)。因(yin)為(wei)反(fan)射(she)回(hui)來(lai)的(de)射(she)頻(pin)功(gong)率(lv)也(ye)會(hui)消(xiao)散(san)在(zai)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)

，這(zhe)又(you)進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)加(jia)了(le)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)結(jie)溫(wen)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)高(gao)的(de)駐(zhu)波(bo)比(bi)損(sun)壞(huai)放(fang)大(da)器(qi)，必(bi)須(xu)設(she)計(ji)出(chu)高(gao)效(xiao)的(de)功(gong)率(lv)耗(hao)散(san)電(dian)路(lu)，這(zhe)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)散(san)熱(re)係(xi)統(tong)合(he)理(li)的(de)布(bu)局(ju)來(lai)實(shi)現(xian)，包(bao)括(kuo)在(zai)相(xiang)關(guan)的(de)熱(re)點(dian)布(bu)置(zhi)熱(re)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)監(jian)控(kong)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)相(xiang)關(guan)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)實(shi)現(xian)。另(ling)外(wai)
，功(gong)放(fang)設(she)計(ji)師(shi)和(he)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)還(hai)要(yao)決(jue)定(ding)是(shi)否(fou)增(zeng)加(jia)足(zu)夠(gou)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)，以(yi)保(bao)證(zheng)放(fang)大(da)器(qi)能(neng)夠(gou)在(zai)很(hen)差(cha)的(de)駐(zhu)波(bo)比(bi)情(qing)況(kuang)下(xia)仍(reng)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)前(qian)向(xiang)功(gong)率(lv)，或(huo)者(zhe)是(shi)允(yun)許(xu)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)一(yi)定(ding)駐(zhu)波(bo)比(bi)下(xia)開(kai)始(shi)回(hui)退(tui)。更(geng)多(duo)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)成(cheng)本(ben)更(geng)高(gao)的(de)放(fang)大(da)器(qi)，市(shi)場(chang)上(shang)就(jiu)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)更(geng)高(gao)的(de)價(jia)格(ge)。

 

3、選擇合適的寬帶放大器

 

zuoweiyigeyonghu，tamenbingbuguanxinshejishisuoyaomianduideshejitiaozhan，zhixuyaoquebaoxuanzeyigeheshidefangdaqilaimanzuzijideyingyong。erxuanzefangdaqishi，huifaxianyouhenduozhibiaodoushimiaoshufangdaqixingnengde，yonghubujinxuyaokaolvrushuchugonglv
，xiebotexingdengjishuzhibiao，haixuyaokaolvdajianweihuzhenggegaogonglvfangdaqixitongdeduogezhongyaoyinsu。xiamianjianghuiduicijinxingxiangxitaolun。

 

3.1 放大器輸出功率

 

為了對比不同功放廠家的功放輸出功率指標，通常以1dB壓縮輸出功率作為參考值。該指標定義了放大器增益比小信號增益下降1dBshiduiyingdeshuchugonglv。daduoshudechangjiadoushiyimougepinduanfanweineideshuchugonglvlaibiaochengzhenggefangdaqideshuchugonglv

，shijishangbingbushizaisuoyougongzuopinduanshangdounengdadaobiaochengde1dB壓縮輸出功率，一些廠家的數據表上提供的1dB壓縮輸出功率是偏低的。因此
，一定要仔細對比數據表的數據，並且弄清楚整個輸出功率曲線。

 

duiyuyixiegaogonglvfashejiyingyong，xuyaokaolvzhenggexitongdeyusuan
，tongchangqingkuangxia
，tianxianzaigaopinduankeyitigonggengdadezengyi，yincifangdaqitigongjiaoxiaodeshuchugonglvjiukeyidadaosuoxudechangqiang。zheyang
，duiyuxitongpinduanshangmianbufengoumaishiyonggengxiaodefangdaqi。

 

3.2 諧波特性

 

放大器的諧波抑製通常使用dBc來描述的。非常重要的是，要確認廠家是在什麼輸出功率上評估諧波抑製數據的。一般情況下是在1dB壓(ya)縮(suo)功(gong)率(lv)處(chu)
，但(dan)也(ye)有(you)一(yi)些(xie)廠(chang)家(jia)是(shi)在(zai)低(di)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)上(shang)評(ping)估(gu)的(de)，因(yin)為(wei)降(jiang)低(di)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)
，可(ke)以(yi)得(de)到(dao)更(geng)好(hao)的(de)諧(xie)波(bo)特(te)性(xing)。這(zhe)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，就(jiu)很(hen)難(nan)知(zhi)道(dao)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)1dB壓縮點時的諧波特性。不論是A類或是AB類放大器
，一旦驅動到1dB壓縮點之上
，諧波特性就會以非線性的方式惡化。

 

另外需要考慮的是，一定要清楚自己的應用是否對諧波特性有要求。比如說
，一般放大器的諧波抑製標稱值是在-20dBc左右
，而實際上-15dBc就(jiu)夠(gou)用(yong)了(le)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)把(ba)放(fang)大(da)器(qi)驅(qu)動(dong)到(dao)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)上(shang)
，同(tong)樣(yang)如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)更(geng)好(hao)的(de)諧(xie)波(bo)特(te)性(xing)
，就(jiu)要(yao)適(shi)當(dang)的(de)降(jiang)低(di)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，或(huo)選(xuan)擇(ze)功(gong)率(lv)更(geng)大(da)的(de)放(fang)大(da)器(qi)。

 

3.3 係統設計

 

當(dang)尋(xun)找(zhao)合(he)適(shi)的(de)放(fang)大(da)器(qi)時(shi)，非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)的(de)是(shi)要(yao)根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)環(huan)境(jing)來(lai)決(jue)定(ding)選(xuan)擇(ze)集(ji)成(cheng)何(he)種(zhong)放(fang)大(da)器(qi)。對(dui)於(yu)需(xu)要(yao)集(ji)成(cheng)多(duo)個(ge)頻(pin)段(duan)的(de)，還(hai)要(yao)選(xuan)擇(ze)射(she)頻(pin)開(kai)關(guan)，可(ke)以(yi)是(shi)在(zai)功(gong)放(fang)輸(shu)入(ru)端(duan)，或(huo)是(shi)輸(shu)出(chu)端(duan)，甚(shen)至(zhi)是(shi)在(zai)功(gong)率(lv)采(cai)樣(yang)端(duan)口(kou)。一(yi)些(xie)廠(chang)家(jia)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)內(nei)嵌(qian)的(de)開(kai)關(guan)
，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)外(wai)部(bu)開(kai)關(guan)，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)的(de)難(nan)度(du)，同(tong)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)簡(jian)單(dan)。

 

對dui於yu一yi些xie接jie收shou或huo發fa射she係xi統tong的de應ying用yong，如ru雷lei達da和he幹gan擾rao機ji，放fang大da器qi能neng夠gou快kuai速su的de靜jing默mo是shi非fei常chang有you用yong的de。通tong常chang要yao求qiu靜jing默mo和he輸shu出chu之zhi間jian的de切qie換huan在zai幾ji個ge微wei妙miao左zuo右you，而er且qie靜jing默mo時shi的de輸shu出chu功gong率lv要yao足zu夠gou的de低di，越yue接jie近jin-174dBm/Hz的熱噪聲底限越好，這就需要非常高的設計技巧，並不是所有的廠家都能實現的
，因此需要更加嚴格的選擇放大器廠家。

 

jinxingxitongshejideshihou，zhaodaobutongpinduanfangdaqidezuiyouzuheyeshihenzhongyaode
，anzhaochangqiyilaideyiguanzuofalaishixianwangwangbushizuihaodefangfa。zuihaodeshishenrulijiexitongdexuqiu
，zhidaomeigepinduansuoxuyaodequeqiegonglvdengji
，youqishigenjuxitongdeyingyongxuqiu，mingquenagepinduanhuoshizipinduanbixuyouyigefangdamokuaifugai。zhiyouzheyang，cainengdedaoyigejijingjiyoujuyouyouyijishuzhibiaodefangan

 

3.4 係統運營費用

 

放fang大da器qi係xi統tong的de運yun營ying費fei用yong主zhu要yao有you係xi統tong正zheng常chang運yun行xing時shi間jian，使shi用yong和he維wei護hu的de成cheng本ben所suo決jue定ding。這zhe個ge費fei用yong是shi放fang大da器qi生sheng命ming周zhou期qi內nei擁yong有you成cheng本ben的de最zui主zhu要yao項xiang目mu
，因yin此ci在zai選xuan擇ze放fang大da器qi的de時shi候hou一yi定ding要yao加jia以yi考kao慮lv。

 

係(xi)統(tong)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)一(yi)是(shi)取(qu)決(jue)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)的(de)強(qiang)健(jian)性(xing)
，比(bi)如(ru)說(shuo)在(zai)惡(e)劣(lie)條(tiao)件(jian)下(xia)也(ye)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)不(bu)故(gu)障(zhang)

，再(zai)者(zhe)就(jiu)是(shi)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)後(hou)的(de)維(wei)修(xiu)時(shi)間(jian)
，如(ru)果(guo)放(fang)大(da)器(qi)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)，關(guan)鍵(jian)任(ren)務(wu)可(ke)能(neng)就(jiu)危(wei)險(xian)了(le)
，項(xiang)目(mu)的(de)進(jin)度(du)就(jiu)會(hui)延(yan)後(hou)
，甚(shen)至(zhi)是(shi)直(zhi)接(jie)導(dao)致(zhi)營(ying)收(shou)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)。

 

放fang大da器qi的de使shi用yong成cheng本ben主zhu要yao取qu決jue於yu功gong率lv效xiao率lv，高gao的de功gong率lv效xiao率lv就jiu代dai表biao著zhe低di的de功gong率lv消xiao耗hao
，更geng少shao的de耗hao散san熱re量liang

，以yi及ji更geng少shao的de處chu理li散san熱re的de成cheng本ben
，總zong之zhi


，就jiu是shi更geng少shao的de使shi用yong成cheng本ben。因yin此ci
，對dui於yu包bao括kuo軍jun用yongEMC的大多數應用，建議購買高效率的放大器，尤其是需要超高輸出功率時。

 

weilebaochichangdeyunxingshijianhedideweihuchengben
，zuihaoshixuanzezaidangdiyouhenhaozhichiheweixiufuwudefangdaqichangjia。xianzaidefangdaqidouyouyuanchengkongzhigongneng，keyitongguoLAN 口接入進行最初的故障定位和錯誤分析，這個功能可以讓維護變得更加簡單。

 

而且放大器本身設計得也更加易於維護，比如說羅德與施瓦茨的BBA150模(mo)塊(kuai)化(hua)放(fang)大(da)器(qi)
，能(neng)夠(gou)讓(rang)用(yong)戶(hu)自(zi)己(ji)在(zai)很(hen)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)更(geng)換(huan)放(fang)大(da)器(qi)模(mo)塊(kuai)。最(zui)後(hou)的(de)建(jian)議(yi)是(shi)選(xuan)擇(ze)具(ju)有(you)工(gong)業(ye)化(hua)生(sheng)產(chan)能(neng)力(li)和(he)提(ti)供(gong)服(fu)務(wu)支(zhi)持(chi)文(wen)檔(dang)記(ji)錄(lu)的(de)放(fang)大(da)器(qi)廠(chang)家(jia)，隻(zhi)有(you)這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)保(bao)證(zheng)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)用(yong)過(guo)幾(ji)年(nian)之(zhi)後(hou)仍(reng)舊(jiu)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)很(hen)好(hao)的(de)服(fu)務(wu)。

 

4、總結

 

本ben論lun文wen描miao述shu了le寬kuan帶dai功gong率lv放fang大da器qi設she計ji師shi在zai研yan發fa時shi麵mian臨lin的de挑tiao戰zhan，必bi須xu在zai多duo個ge相xiang互hu影ying響xiang的de設she計ji指zhi標biao之zhi間jian進jin行xing反fan複fu折zhe中zhong才cai能neng得de到dao最zui優you結jie果guo。探tan討tao了leA 類和AB類放大器之間的差別，以及熱應力對放大器使用壽命的影響，並提出了使放大器駐波能力更加強健的建議。

 

探tan討tao了le為wei具ju體ti應ying用yong選xuan擇ze合he適shi的de放fang大da器qi時shi所suo要yao考kao慮lv的de因yin素su，必bi須xu仔zai細xi閱yue讀du不bu同tong廠chang家jia產chan品pin的de數shu據ju手shou冊ce來lai進jin行xing性xing能neng對dui比bi，進jin行xing放fang大da器qi集ji成cheng時shi必bi須xu考kao慮lv係xi統tong的de要yao求qiu
，往wang往wang可ke以yi通tong過guo優you化hua係xi統tong設she計ji得de到dao更geng加jia經jing濟ji的de方fang案an。

 

考kao慮lv放fang大da器qi係xi統tong總zong的de擁yong有you成cheng本ben時shi，不bu僅jin要yao考kao慮lv最zui初chu的de購gou買mai成cheng本ben，還hai要yao考kao慮lv放fang大da器qi的de強qiang健jian性xing和he易yi維wei護hu性xing，這zhe樣yang可ke以yi最zui大da化hua總zong的de運yun行xing時shi間jian和he壽shou命ming，降jiang低di總zong成cheng本ben。

 

作者：羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司 楊洪文

 

 

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