射頻功率放大器RF PA的功能/分類/性能指標

功率放大器可以說是很多射頻工程師繞不過的坎。功能、分類、性能指標、電路組成、效率提升技術(shù)、發(fā)展趨勢……關(guān)于射頻功率放大器RF PA的兩個關(guān)鍵指標：功率和線性。

在RF功率放大器中，功效(PAE)定義為輸出信號功率與輸入信號功率之差與直流電源功耗的比值，即:

PAE = (PRFOUT – PRFIN)/PDC = (PRFOUT – PRFIN)/(VDC*IDC)

射頻功率放大器RF PA的功能

射頻功率放大器RF PA是發(fā)射系統(tǒng)中的主要部分，其重要性不言而喻。在發(fā)射機的前級電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號功率很小，需要經(jīng)過一系列的放大 一緩沖級、中間放大級、末級功率放大級，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。功 率放大器往往是固定設(shè)備或終端的最昂貴、最耗電、效率最低的器件。

在調(diào)制器產(chǎn)生射頻信號后，射頻已調(diào)信號就由RFPA將它放大到足夠功率，經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)，再由天線發(fā)射出去。

放大器的功能，即將輸入的內(nèi)容加以放大并輸出。輸入和輸出的內(nèi)容，我們稱之為“信號”，往往表示為電壓或功率。對于放大器這樣一個“系統(tǒng)”來說，它的“貢 獻”就是將其所“吸收”的東西提升一定的水平，并向外界“輸出”。這一“提升的貢獻”，即為放大器存在的“意義”所在。如果放大器能夠有好的性能，那么它 就可以貢獻更多，這才體現(xiàn)出它自身的“價值”。

如果放大器的初始“機制設(shè)計”存在著一定的問題，那么在開始工作或者工作了一段時間之后，不但不能再提供任 何“貢獻”，反而有可能出現(xiàn)一些不期然的“震蕩”，這種“震蕩”，對于外界還是放大器自身，都是災(zāi)難性的。

射頻功率放大器RF PA的分類

根據(jù)工作狀態(tài)的不同，功率放大器分類如下：

射頻功率放大器的工作頻率很高，但相對頻帶較窄，射頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載回路。射頻功率放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，分為甲 (A)、乙(B)、丙(C)三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的導(dǎo)通角為360°，適用于小信號低功率放大，乙類放大器電流的導(dǎo)通角等于180°，丙類放大器 電流的導(dǎo)通角則小于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作狀態(tài)，丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高的。射頻功率放大器大多工作于丙類， 但丙類放大器的電流波形失真太大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負載諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然接近于正弦波形，失真很小。

除了以上幾種按照電流導(dǎo)通角分類的工作狀態(tài)外，還有使電子器件工作于開關(guān)狀態(tài)的丁(D)類放大器和戊(E)類放大器，丁類放大器的效率高于丙類放大器。

射頻功率放大器RF PA的性能指標

射頻功率放大器RF PA的主要技術(shù)指標是輸出功率與效率，如何提高輸出功率和效率,是射頻功率放大器設(shè)計目標的核心。通常在射頻功率放大器中，可以用LC諧振回路選出基頻或某次諧波，實現(xiàn)不失真放大。總體來說，放大器的評判大概存在著如下指標：

增益。這是輸入和輸出之間比值，代表著放大器的貢獻。好的放大器，都是在其“自身能力的范圍內(nèi)”，盡可能多的貢獻出“產(chǎn)出”。 工作頻率。這代表著放大器對不同頻率信號的承載能力。 工作帶寬。這決定著放大器能夠在多大范圍內(nèi)產(chǎn)生“貢獻”。

對于一個窄帶放大器來說，其自身設(shè)計即便沒有問題，但是其貢獻可能是有限的。 穩(wěn)定性。每一個晶體管都存在著潛在的“不穩(wěn)定區(qū)域”。放大器的“設(shè)計”需要消除這些潛在的不穩(wěn)定。放大器的穩(wěn)定性包括兩種，潛在不穩(wěn)定和絕對穩(wěn)定。前者可 能在特定條件和環(huán)境下出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，后者則能夠保證在任何情況下保持穩(wěn)定。穩(wěn)定性問題之所以重要，是因為不穩(wěn)定意味著“震蕩”，這時放大器不但影響自 身，還會將不穩(wěn)定因素輸出。 最大輸出功率。這個指標決定著放大器的“容量”。

對于“大的系統(tǒng)”來說，希望他們在犧牲一定的增益的情況下能夠輸出更大的功率。 效率。放大器都要消耗一定“能量”，還實現(xiàn)一定的“貢獻”。其貢獻與消耗之比，即為放大器的效率。能夠貢獻更多消耗更少，就是好的放大器。 線性。線性所表征的是放大器對于大量輸入進行正確的反應(yīng)。線性的惡化表示放大器在過量的輸入的狀態(tài)下將輸入“畸變”或“扭曲”。好的放大器不應(yīng)該表現(xiàn)出這 種“畸形”的性質(zhì)。