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射频功率放大器——如何选择合适的射频功率放大器

    功率放大器是射频通信系统中非常重要器件之一。与其他放大器类似,射频放大器将输入到其输入端的信号进行放大。在现代无线通信系统中,由于复杂的调制方式令信号变得越来越复杂。由于放大器的许多重要特性和规格,放大器的选择对于工程师来说是一项艰巨的任务。

    在这里,让我们了解一下RF放大器的重要指标,学习如何为自己的应用选择合适的RF放大器。

    增益: 增益是每个放大器最重要的指标。它表示放大器对输入信号的放大能力,以dB为单位。放大器的增益随频率而变化,频率高,放大器的损耗也就高(增益在整个频率范围内不是线性的)。

    带宽和平坦度:带宽是RF放大器的另一个重要指标。它是频率-增益响应曲线中起始频率和终止频率之间的范围,在该范围内放大器可提供有效的增益。放大器的平坦度是其增益在其整个工作带宽内的响应。

    阻抗:阻抗是放大器非常重要的指标,尤其对于需要发射天线和网络的射频系统来说更为重要。在大多数情况下,放大器的阻抗被设计和优化为50欧姆。任何不匹配都会导致更高的损耗和反射,严重时甚至会损坏某些组件。

    谐波:谐波是放大器产生的基频f0的整数倍数,如2f0、3f0、4f0…。Nf0。谐波是我们不需要的信号,通常会与系统中的其他信号混合并产生互调失真产物。一般来说,谐波无法与放大器完全隔离,但是可以使用设计技术来抑制谐波电平。

    三阶截点: TOI是一个线性图中的理论值点。信号的三阶分量将在信号的放大过程中产生。放大器增益在达到饱和点后开始下降,如果输入功率持续增加,则基频信号功率和三阶信号功率将在特定点相交,该点称为三阶截点。通过计算该值,可以在设计时确定放大器的非线性行为。

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    相邻信道抑制比:在实际情况下,由于互调失真,一小部分功率会从发射信道将泄漏到相邻信道中。ACLR是发射信道功率与相邻信道功率之比。在诸如LTE之类的现代无线通信系统中,这是非常重要的,在该系统中,信号是在分配的带宽内的多个信道中传输。在某些情况下,功率放大器还必须能够处理调制信号。

    噪声系数:噪声系数是功率放大器的输入信噪比与输出信噪比之间之比。噪声系数值越低,放大器的性能越好。噪声系数将始终大于1,因为输出信噪比始终高于输入信噪比。

    1dB压缩:一旦放大器到达压缩区域,就不可能进行放大,增益响应曲线逐步走平。1dB压缩点是根据线性图中实际响应曲线计算而来,即与线性曲线值相差1 dB,在该点开始放大器逐渐饱变为非线性。

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    峰均功率比:是信号峰值功率与平均功率电平之比。

    最大输入和输出功率:在选择RF功率放大器时,必须考虑最大输入和输出功率。射频放大器输入功率超过最大输入电平时,可能会损坏放大器,尤其是在放大器级联时更为重要。在选择放大器的时候,需要考虑整个工作带宽内的平坦度和损耗,确保输出功率电平在通频带内都能满足要求。

    尺寸和功耗:选择RF放大器时必须考虑物理尺寸。放大器的尺寸范围从毫米到几米不等,因此,必须根据应用环境进行选择。大多数功率放大器在其运行期间会发热,为了保障其工作正常,必须提供良好散热和空气循环。功耗是另一个需要牢记的因素,某些特殊的功放类型在非常高功率下运行时需要很高的交流电源和外部冷却系统。

    结论

    如上所述,RF功率放大器的选择取决于许多因素。放大器技术规格可在制造商提供的数据表中找到。对射频功放进行评估和设计时,一般需要知道放大器的S参数,用于设计匹配良好电路系统。匹配良好的放大器对于提高收发系统传输效率至关重要。最重要的是,它必须在各个方面都适合您的应用和要求。


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