1、介紹

 

kuandaifangdaqideshejizhexuyaomanzuduozhongshejixuqiu
，liru，duixuduoyingyonglaishuo，kuandaifangdaqixuyaozugoudexianxing，qiezaixiebopinlvchushiquanfanshede。ciwai


，duiyuleida，junyongfashejidengfeiguangbodianshideyingyonglaijiang
，fangdaqihaibixunenggouchengshoushuchuduanjudadeshipei
，zhexietongchangshilianjietianxiandetexing，zhongduanfuzai
，daiceshebeibenshendefanshedengyuanyinzaochengde。duiyuzhexieyingyong，fangdaqideqiangjianxing
，yejiushishuobuyisunhuaijiubiandeyichangzhongyaole。youyufangdaqisunhuaidaozhidebukeceliang，jiuyiweizhegongchenghuimianlinyanzhongqieangguideyanwu，shenzhishiyanshideshouyiyehuishoudaosunshideng。

 

從cong商shang業ye的de角jiao度du來lai講jiang，不bu論lun是shi初chu始shi投tou資zi還hai是shi以yi後hou的de運yun行xing成cheng本ben都dou是shi非fei常chang重zhong要yao的de。因yin此ci
，高gao的de可ke靠kao性xing以yi及ji易yi維wei護hu性xing就jiu是shi達da到dao這zhe些xie目mu標biao的de關guan鍵jian因yin素su。此ci外wai，對dui於yu超chao大da功gong率lv的de寬kuan帶dai放fang大da器qi來lai說shuo，為wei了le降jiang低di運yun轉zhuan費fei用yong
，還hai需xu要yao盡jin可ke能neng的de提ti高gao功gong率lv效xiao率lv。本ben文wen的de第di二er部bu分fen將jiang對dui此ci進jin行xing詳xiang細xi討tao論lun。

 

當(dang)為(wei)某(mou)一(yi)個(ge)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)尋(xun)找(zhao)放(fang)大(da)器(qi)的(de)時(shi)候(hou)，最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)能(neng)都(dou)解(jie)釋(shi)清(qing)楚(chu)數(shu)據(ju)表(biao)中(zhong)的(de)各(ge)個(ge)參(can)數(shu)
，不(bu)同(tong)的(de)功(gong)放(fang)製(zhi)造(zao)商(shang)定(ding)義(yi)功(gong)放(fang)參(can)數(shu)的(de)方(fang)式(shi)是(shi)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)。第(di)三(san)部(bu)分(fen)將(jiang)建(jian)議(yi)如(ru)何(he)讀(du)懂(dong)這(zhe)參(can)數(shu)並(bing)如(ru)何(he)對(dui)比(bi)。

 

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guanleixinglaishuo，shejidedaikuanzengjia，nenggoudedaodeshuchugonglvjiuhuijianxiao。gengjiajuyoutiaozhanxingdeshi
，weiledadaogengdadeshuchugonglv，pipeiwangluoyijixiangyingdegongfendianlu
，gonglvhechengdianlujiuhuibiandegengjiakunnan。tongshi
，gongfangguandeshiyongshoumingfeichangyilaiyufangdaqidesanreshejihegongfangguanwaiweidebaohudianlu。

 

對於A類 放fang大da器qi，晶jing體ti管guan通tong常chang偏pian置zhi在zai一yi個ge較jiao大da的de靜jing態tai電dian流liu上shang，這zhe樣yang可ke以yi得de到dao一yi個ge非fei常chang線xian性xing的de放fang大da特te性xing，但dan是shi卻que要yao承cheng受shou差cha的de功gong率lv效xiao率lv，並bing對dui晶jing體ti管guan帶dai來lai很hen大da的de散san熱re壓ya力li。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(yu)A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
，A類(lei)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)沒(mei)有(you)射(she)頻(pin)輸(shu)入(ru)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，仍(reng)然(ran)具(ju)有(you)很(hen)高(gao)的(de)結(jie)溫(wen)，原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)它(ta)們(men)具(ju)有(you)很(hen)大(da)的(de)靜(jing)態(tai)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu)，當(dang)散(san)熱(re)設(she)計(ji)處(chu)理(li)不(bu)好(hao)時(shi)，使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)就(jiu)會(hui)大(da)大(da)減(jian)少(shao)。

 

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

 

作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)用(yong)戶(hu)，他(ta)們(men)並(bing)不(bu)關(guan)心(xin)設(she)計(ji)師(shi)所(suo)要(yao)麵(mian)對(dui)的(de)設(she)計(ji)挑(tiao)戰(zhan)，隻(zhi)需(xu)要(yao)確(que)保(bao)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)合(he)適(shi)的(de)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)滿(man)足(zu)自(zi)己(ji)的(de)應(ying)用(yong)。而(er)選(xuan)擇(ze)放(fang)大(da)器(qi)時(shi)，會(hui)發(fa)現(xian)有(you)很(hen)多(duo)指(zhi)標(biao)都(dou)是(shi)描(miao)述(shu)放(fang)大(da)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)，用(yong)戶(hu)不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)如(ru)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，諧(xie)波(bo)特(te)性(xing)等(deng)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)，還(hai)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)搭(da)建(jian)維(wei)護(hu)整(zheng)個(ge)高(gao)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)係(xi)統(tong)的(de)多(duo)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。下(xia)麵(mian)將(jiang)會(hui)對(dui)此(ci)進(jin)行(xing)詳(xiang)細(xi)討(tao)論(lun)。

 

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1dB時shi對dui應ying的de輸shu出chu功gong率lv。大da多duo數shu的de廠chang家jia都dou是shi以yi某mou個ge頻pin段duan範fan圍wei內nei的de輸shu出chu功gong率lv來lai標biao稱cheng整zheng個ge放fang大da器qi的de輸shu出chu功gong率lv，實shi際ji上shang並bing不bu是shi在zai所suo有you工gong作zuo頻pin段duan上shang都dou能neng達da到dao標biao稱cheng的de1dB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zai1dB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。

 

duiyuyixiejieshouhuofashexitongdeyingyong，ruleidaheganraoji，fangdaqinenggoukuaisudejingmoshifeichangyouyongde。tongchangyaoqiujingmoheshuchuzhijiandeqiehuanzaijigeweimiaozuoyou，erqiejingmoshideshuchugonglvyaozugoudedi，yuejiejin-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。

 

進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)的(de)時(shi)候(hou)，找(zhao)到(dao)不(bu)同(tong)頻(pin)段(duan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)最(zui)優(you)組(zu)合(he)也(ye)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)
，按(an)照(zhao)長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)的(de)一(yi)貫(guan)做(zuo)法(fa)來(lai)實(shi)現(xian)往(wang)往(wang)不(bu)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)。最(zui)好(hao)的(de)是(shi)深(shen)入(ru)理(li)解(jie)係(xi)統(tong)的(de)需(xu)求(qiu)

，知(zhi)道(dao)每(mei)個(ge)頻(pin)段(duan)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)確(que)切(qie)功(gong)率(lv)等(deng)級(ji)，尤(you)其(qi)是(shi)根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)，明(ming)確(que)哪(na)個(ge)頻(pin)段(duan)或(huo)是(shi)子(zi)頻(pin)段(duan)必(bi)需(xu)由(you)一(yi)個(ge)放(fang)大(da)模(mo)塊(kuai)覆(fu)蓋(gai)。隻(zhi)有(you)這(zhe)樣(yang)，才(cai)能(neng)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)既(ji)經(jing)濟(ji)又(you)具(ju)有(you)優(you)異(yi)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)的(de)方(fang)案(an)

 

3.4 係統運營費用

 

fangdaqixitongdeyunyingfeiyongzhuyaoyouxitongzhengchangyunxingshijian

，shiyongheweihudechengbensuojueding。zhegefeiyongshifangdaqishengmingzhouqineiyongyouchengbendezuizhuyaoxiangmu，yincizaixuanzefangdaqideshihouyidingyaojiayikaolv。

 

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。

 

fangdaqideshiyongchengbenzhuyaoqujueyugonglvxiaolv，gaodegonglvxiaolvjiudaibiaozhedidegonglvxiaohao，gengshaodehaosanreliang
，yijigengshaodechulisanredechengben，zongzhi，jiushigengshaodeshiyongchengben。yinci

，duiyubaokuojunyongEMC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BBA150mokuaihuafangdaqi
，nenggourangyonghuzijizaihenduandeshijianneigenghuanfangdaqimokuai。zuihoudejianyishixuanzejuyougongyehuashengchannenglihetigongfuwuzhichiwendangjiludefangdaqichangjia，zhiyouzheyangcainengbaozhengfangdaqizaiyongguojinianzhihourengjiukeyidedaohenhaodefuwu。

 

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(le)A 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)。

 

kaolvfangdaqixitongzongdeyongyouchengbenshi，bujinyaokaolvzuichudegoumaichengben
，haiyaokaolvfangdaqideqiangjianxingheyiweihuxing，zheyangkeyizuidahuazongdeyunxingshijianheshouming，jiangdizongchengben。

 

作者：羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司 楊洪文

 

 

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