射頻放大器,根本上是我們射頻系統中的正反饋系統,一般位于發(fā)射鏈路上。由于考慮無(wú)線(xiàn)傳輸的鏈路衰減,發(fā)射端需要輻射足夠大的功率才能獲得比較遠的通信距離。因此,射頻放大器主要負責將功率放大到足夠大后饋送到天線(xiàn)上輻射出去,是通信系統中的核心器件。
那么對于如此重要的器件來(lái)說(shuō),
1)從工作頻帶分類(lèi)
按工作頻帶分類(lèi),可以分為窄帶射頻功率放大器和寬帶射頻功率放大器。窄帶射頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò )作為負載回路,例如 LC 諧振回路。寬帶射頻功率放大器則不采用選頻網(wǎng)絡(luò )作為負載回路,而是以頻率響應很寬的傳輸線(xiàn)作為負載。
2)從匹配網(wǎng)絡(luò )性質(zhì)分類(lèi)
根據匹配網(wǎng)絡(luò )的性質(zhì),可將功率放大器分為非諧振功率放大器和諧振功率放大器。非諧振功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò )是非諧振系統,例如高頻變壓器、傳輸線(xiàn)變壓器等非諧振系統,它的負載性質(zhì)呈現純電阻性質(zhì)。而諧振功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò )是諧振系統,它的負載性質(zhì)呈現電抗性質(zhì)。
3)按電流導通角分類(lèi)
按照電流導通角,射頻功率放大器可以分為 A 類(lèi)、AB 類(lèi)、B 類(lèi)、C 類(lèi)、D 類(lèi)、E 類(lèi)等。這些類(lèi)別區別大家可以參見(jiàn)如下的表格
放大器的分類(lèi)中,我們經(jīng)常說(shuō)的還是按導通角分的 A 到 E 類(lèi)的放大器。丙類(lèi)工作狀態(tài)的輸出功率和效率是這幾種工作狀態(tài)中高的,射頻用的放大器大部分工作于 C(丙)類(lèi)。
放大器的分類(lèi)就已經(jīng)如此復雜,可見(jiàn)主要性能指標肯定不會(huì )簡(jiǎn)單,實(shí)際上也是這樣。
放大器的主要指標如下:
1. 工作頻率范圍
一般來(lái)講,是指放大器的線(xiàn)性工作頻率范圍。如果頻率從 DC 開(kāi)始,則認為放大器是直流放大器。
2. 增益
工作增益是衡量放大器放大能力的主要指標。增益的定義是放大器輸出端口傳送到負載的功率與信號源實(shí)際傳送到放大器輸入端口的功率之比。
增益平坦度,是指在一定溫度下,整個(gè)工作頻帶范圍內放大器增益的變化范圍,也是放大器的一個(gè)主要指標。
3. 輸出功率和 1dB 壓縮點(diǎn)(P1dB)
參見(jiàn)上圖,當輸入功率超過(guò)一定量值后,晶體管的增益開(kāi)始下降,最終結果是輸出功率達到飽和。當放大器的增益偏離常數或比其他小信號增益低 1dB 時(shí),這個(gè)點(diǎn)就是大名鼎鼎的 1dB 壓縮點(diǎn)(P1dB)。一般說(shuō)放大器的功率容量,就是拿 1dB 壓縮點(diǎn)來(lái)表示的了。
4. 效率
由于功放是功率元件,需要消耗供電電流。因此功放的效率對于整個(gè)系統的效率來(lái)講極為重要。
功率效率是功放的射頻輸出功率與供給晶體管的直流功率之比。
ηp=射頻輸出功率 / 直流輸入功率
5. 交調失真(IMD)
交調失真是指具有不同頻率的兩個(gè)或者更多的輸入信號通過(guò)功率放大器而產(chǎn)生的混合分量。這是由于功放的非線(xiàn)性特質(zhì)造成的。
其中,由于三階交調產(chǎn)物離基波信號特別近,影響大,因此交調產(chǎn)物中最著(zhù)重考慮的就是三階交調。三階交調產(chǎn)物越低越好。
6. 三階交調截止點(diǎn)(IP3)
圖 2 中基波信號輸出功率延長(cháng)線(xiàn)與三階交調延長(cháng)線(xiàn)的交點(diǎn)稱(chēng)為三階交調截止點(diǎn),用符號 IP3 表示。
IP3 也是功放非線(xiàn)性的重要指標。當輸出功率一定時(shí),三階交調截止點(diǎn)輸出功率越大,功放的線(xiàn)性度就越好。
7. 動(dòng)態(tài)范圍
功放的動(dòng)態(tài)范圍一般是指最小可檢測信號到線(xiàn)性工作區大輸入功率之間的差值。自然,這個(gè)值肯定是越大越好。
8. 諧波失真
當輸入信號增加到一定程度后,功放會(huì )由于工作到了非線(xiàn)性區產(chǎn)生一系列諧波。對于大功率放大器系統中,一般需要用濾波器將諧波降到 60dBc 以下。
9. 輸入 / 輸出駐波比
這也是非常重要的指標,表明功放和整個(gè)系統的匹配程度。輸入、輸出比變壞會(huì )導致系統的增益起伏和群時(shí)延變壞。但是高駐波比的功放是比較難以設計的,一般的系統中,都會(huì )需要要求功放的輸入駐波比低于 2:1。