1、功率放大器设计的关键：输出匹配电路的性能2008-05-15 17:51:20 作者：未知 来源:电子设计技术 关键字：功率放大器 匹配电路 匹配网络 s 参数 串联电阻 输出功率 Cout 耗散功率 网络分析仪 高 Q 值对于任何功率放大器（功率放大器）设计，输出匹配电路的性能都是个关键。但是，在设计过程中，有一个问题常常为人们所忽视，那就是输出匹配电路的功率损耗。这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器，以及其他耗能元件中。功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。因为输出匹配电路并不是一个50的元件，所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。输出匹配的具体电路不同，损耗也不一样。对
2、于设计者而言，即使他没有选择不同技术的余地，在带宽和耗散损失之间，在设计方面仍然以 很 。匹配网络是 来 现阻 的，就 是功率 一个 子 传 一个 者子 ，RF设计者们在这 面 很大的功 。对于功率放大器，阻 传 输出 的功率大 ， 的增益， 有 的 因，功率放大器匹配网络的设计是性能 的关键。损耗有不同的，但是这currency1们关的是在匹配网络中，RF功率以“的耗散fi的损耗。这些损耗fi的功率是没有任何 fl。 匹配电路功能的不同，损耗的 也不同。对功率放大器来，输出匹配损耗一是人们关的问题，因为这” 很大的功率。效率低不会 间，而 会在散“和 性方面带来很大的问题。，一个GSM功率放
3、大器工作在3.5V电 ，效率是55%，能输出34dBm的功率。在输出功率为大 ，功率放大器的电为1.3A。匹配的损耗在0.5dB 1dB的数，这与输出匹配的具体电路有关。在没有耗散损失，功率放大器的效率为62% 69%。 损耗是 的，但是这个子 currency1们，在功率放大器匹配网络中，损耗是 问题。耗散损失现在currency1们来 一个网络， 一个匹配网络（ 1a）中的耗散损失。电源 过源匹配网络 源 传输功率。在电源和 阻 之间没有任何其他的 。 匹配网络和 在一 ，电源输出一个 的功率Pdel 这个网络（ 1b）。输出功率的一分以“的耗散在匹配网络中。而其余的 传输 。Pdel是传
4、输匹配网络和 （ 1c） 的 功率，PL是传输 的那分功率。这 个，currency1们就 以知， 有 大的一分功率是作为有 功率 电源传输 ，其 于PL/Pdel。这是对功率放大器输出匹配的耗散损失的 ，因为 传输功率以及耗散功率。 功率没有计 。 知，这个就 于匹配网络工作 的功率增益GP。而工作 的功率增益 为：这，是 数，是匹配网络的s 参数，损失就是增益的数。因，耗散损失 以为：Ldiss = 1/GP。对于功率放大器而言，currency1们为 设计的 一是50。 常，currency1们 来 s参数的 阻 也是50。阻 和 都是50，那 就为0，于是， 面的就 以 为：在计 一个
5、匹配网络的耗散损失 ， 知 的传输值和 散 参数的大 ，这些 以很容 地 s参数的计 过程中得 ，因为网络分析仪 常都会采 线性的方来显示s参数的值。在评估输入和间耗散损失 ，的阻 不是50，但是 述的规律 然适 。因为 和耗散损失很容 混淆， 频工程师有 就会采 错误的方 来计 耗散损失。而糟糕的方 就是采 未经处理的s21来 行计 。一个典型的匹配网络在1GHz（ 2） ，对功率放大器而言，是数值为4+j0的阻 。匹配网络采 的是损耗元件来 行模拟的，所以在匹配网络中不存在功率的耗散问题。然而， s21却是-6dB，因为在50的源阻 和4的 之间存在 巨大的不匹配问题。作为一个损耗网络，除
6、 一些数字 音外，模拟的耗散损失为0dB。在电路的模拟当中，currency1们 能 以采 s21来求出 的耗散损失。这一过程包括采 复杂模拟 线的共轭阻 来作为源阻 。 于耗散损失和源阻 并没有关 ，所以，这是一个 的方 ，但是不便于使 。一种 的方 就是采 电路模拟器中的大增益来计 。 于这一 采 ADS，所以 来较方便。但是， 有 能会得 错误的答案。在一个 有 50串联电阻的 单电路，显然， 也是50，50串联电阻的耗散损失是3dB，因为传输功率是均分给 串联电阻和 （1）。在这个子当中，模拟器 以选择1G的 阻 。当50的电阻和1G 串联在一 ， 面的电降非常低，而功率的耗散也非常的
7、少。的计 方 应该是采 工作功率增益。 其他方 能也能得 相同的结，但是不能保证一 以得 结。当 为50 ， 得 工作功率增益，是非常 单的，currency1们没有理 不 。输出匹配电路输出匹配的具体电路不同，终的损失也不同。在微波频谱的低 ，传输线占 太 的空间，所以采 集元件的方 。在一个功率放大器模块的典型输出匹配电路中，使 大容的隔电容器来防止电 功率放大器电源 中（ 2）。 面贴装电容器和印 电感器以及面贴装电感器组成的 节低 匹配网络，以将50的名 阻 转 成 适的 线。而 线的设置是根指的功率放大器输出功率和 的电源电。手机放大器的 线 为 1 5。currency1们 以采
8、标准的 高 Q 值 电容器。 有 一个 在逐渐行 来的 就是采 集成电容。在许 工艺技术（包括GaAs 和CMOS）中，高品质的金属-高介电质-金属结构的储存电容器都是 以 的。有一家供应商提供不使 任何面贴装元件的 的GSM功率放大器模块，所有的匹配网络使 的都是引脚框架走线和集成电容。除以减 尺寸外，采 集成电容在成本方面有 的势，这点 以 过采 更好的 线、降低装配的复杂性、节省物工作，以及交货 间来 现。损失降 低即使设计者 选择不同的技术，在带宽和耗散损失之间，他们仍然 以有很大空间 以在设计方面 行 。 想 一个输出匹配的损耗机 ，有一个办 ，就是采 损耗元件来模拟匹配，然后每次在
9、一个元件 引入损耗机 （2）。电容器的品质因数与 的电容是成的。 想使输出匹配的耗散损失 ，那 在输出匹配中，Cl的值就必须 能地 。 是在带宽和耗散损失之间 出的。对于一个功率放大器的效率而言，耗散损失是非常关键的。耗散损失的值就 于匹配网络工作功率增益的数而与源阻 的任何特性都没有关 。当 阻 为50 ，耗散损失的计 公非常 单，很容 应 在设计 。也有其他的方 以 输出匹配的损耗，但是这些 方 有 会得 错误的结。在输出匹配电路 ，采不同的电容器技术会带来不同的损失。集成电容非常适 在低损失输出匹配 。即使 经选 电容器技术，在带宽和耗散损失之间 是存在 很大的空间在设计方面 行 。 1
10、 50串联电阻的耗散损失模拟结 -3.5 dB大增益 0.0 dBGp -3.0 dB 2 输出匹配的机 损耗有损失的元件 在1GHz 耗散损失L1 0.17 dBC1 0.66 dBL2 0.15 dBC2 0.11 dBCout 0.03 dB计 1.11 dB1 为计 求匹配网络的耗散损失而构 的网络（a）。 匹配网络和 一 ，电源输出一数值的功率这个复 网络（b）中。当电源输出Pdel 匹配网络和 的复 网络 ，PL是传输 的那分功率（c）。2 一个典型的匹配网络在1GHz ，对功率放大器来，是一个数值为4+ j0的的 阻 。匹配网络采 的是损耗元件来 行模拟，所以在匹配网络中，没有功
11、率的耗散出现线传输中低 放大电路设计 更 于2012-03-24 11:49:37 出处: 联网线传输 低 放大电路 阻 匹配 1 引言来， 波存储 技术的不 ，线传输技术 应 于 波存储 。 对 波 对线传输 的 求， 功率放大电路，设计出低 放大电路， 而提高线传输 的 ， 波 对线传输 的 求。 2 低 放大电路 体设计方案 1为线传输 理框 。 的功率放大电路模块 于 具有减特性，经 传输 的 频 电 是V数，因 放大微的 频 。同 ， 中 存许 ，即 ，所以该 设计应采 低 的 频功率放大电路。 2currency11 低 功率放大电路 低 功率放大电路的器件是低 功率放大器， 于“
12、 的低 功率放大器性fi高，因该低功率放大电路 设计低 功率放大器，而在于其外 电路及阻 匹配。根设计 求，所选的低 功率放大器应 ：工作频fl应 线 器的工作频率433 MHz工作电为33.3 V高增益低损耗 数。 以 为 频功率放大器的 技术参数。 (1)工作频率 (F)低 功率放大器 指标的工作频率 。 保证 指标以及放大器的 工作频率应能在所指的工作频率 。 (2)功率增益(G)是指在输入输出 相匹配 ，输出功率和输入功率的值。设计过程中 求功率增益大好。(3) 数(NF) 数常作为 的 低 放大器的 技术指标，该电路设计 求 数 好。 (4)1分”点输出功率(P1dB)在放大器线性
13、，其输出功率 输入功率线性增。 输入功率的 增大，放大器 入非线性区，其输出功率不 输入功率的增大而线性增大。 常 增益 降 线性增益低1 dB的输出功率值为输出功率的1dB点， P1dB示。 大好。 (5) 点(IP3) 点是功率放大器线性 的 指标，工程 常 点 。 (6)输入、输出 波(VSWR)VSWR放大电路输入和输出 的阻 失配 ，因低 放大器的VSWR应：VSWR ， ，匹配好，传输效率高。 (7)波损耗(Reverse Losation) 是 性能的参数。波损耗入 功率的一分 源。 常 求 功率 能的 ，这样就有更 的功率传 。 2currency12 低 功率放大器选型 根
14、设计 求，以及 种同 器件较，RFMD公 的RF2361具有高性能、低 、高增益、高 ， 10 dB的输入 ，具有工作 模的特点， 选 RF2361作为LNA器件。 2为RF2361的引脚 ，其中：RF IN为低 功率放大器输入， 过一阻 匹配网络 50阻 匹配：RF0UT为低 功率放大器输出，也 过一阻 匹配网络 50阻 匹配同 电源VCC给 个电路提供工作电。VPD 于 置电，与 置电阻R1共同 置电。GND1、GND2为地。2currency13 低 功率放大电路 理 以低 功率放大器RF2361为设计的低 功率放大电路， 3所示，其VPD引脚 的并联电容器 现电源VPD的 波，RFOU
15、T引脚 的电感电容串并联网络 对电源VCC 波。 2currency14 放大电路阻 匹配网络 典型的放大器一包括输入匹配网络、 体放大电路、阻 网络、 置和输出阻 匹配网络， 4所示。阻 匹配网络中元件的参数、 型以及 关 是 现匹配网络的关键。阻 匹配是 频电路设计的 问题其“的是为 现能的大功率传输，提高能的传输效率。 阻 匹配是指在能传输 ， 求 阻 和传输线的特阻 相 ， 传输的能不会 ， 都。之，阻 失配，那 传输中就会有能损耗。对于电路中的电，低频率 ，电阻 阻 作，而在高频 ，电容和电感 阻 作 也显。因，在高频 ，就 电路的阻 匹配问题。 阻 匹配电路的 本 求为：将 阻 为
16、与功放 求相匹配的 阻 ，以保证传输大能： 除 余的 次波分，以保证 能 得所 频率的 频功率：匹配电路的功率传输效率 能高，即匹配电路的损耗 。而阻 匹配有2种方： 阻 力和 传输线。其中， 阻 力：是 电容 电感与 串联 来，即增 减少 的阻 值。 3 结 采 性能的RF2361为设计的低 功率放大电路，使 EDA 件Ansoft designer中的电路 工具来对频电路 分析和 ， 低 放大电路的技术参数，其电路 结： 个功率放大电路 50阻 匹配 求，其网络性能得 ， 频放大电路设计中电路匹配问题。经过网络分析仪的 ，的电路参数以有较大 ，并大大 电路设计。 4 结 提出 频功率放大电
17、路的 体设计方案，以低 功率放大器为，设计 低 功率放大电路。采 件匹配方 currency1 频低 放大电路的阻 匹配问题，使得低 放大电路的 参数都得 。 的是选择的低 功率放大器，有于增线传输 的 。阻 匹配 理及 阻 匹配更 于 出处 联网阻 匹配 品质因数 匹配电路 电能在传输过程中，为 现 的 传输 大功率传输， 求电路 现阻 匹配。阻 匹配关 的 体性能， 现匹配 使 性能 。阻 匹配的 应 ，阻 匹配常 于 放大电路之间，放大电路与 之间， 与传输电路之间，微波电路与 的设计中，是有源 是源，都必须 匹配问题，根本 因是在低频电路中是电与电，而高频中是行电波不匹配就会 的 ，损
18、 仪器和设 。本 介 阻 匹配电路的 理及其应 。1 阻 匹配的 本 理阻 匹配是使微波电路 是 的 ， 行波 行波 的技术措施。阻 匹配分为 大 ：(1) 与传输线之间的阻 匹配，使 。方 是入匹配装置使输入阻 和特性阻 相 。(2) 源与传输线之间匹配，分为 种 ：1)使 源 ，方 是入 源与传输线之间人匹配装置 。2) 源共轭匹配，方 是 源与匹配电路之间入匹配装置，这种 属于有源电路设计。2 阻 匹配方 2currency11 集 参数匹配电路常 ，使 电容电感 现阻 匹配，在较低的频fl使 器 现匹配，也 以采 L、T 现匹配电路，这 电路体积 、结构 单、应 。器： 现低频fl，
19、工作频fl的升高，这 电路的应 来少。传输线 器 以 现宽带阻 现4：1和1：4工作模 1和 2所示。 以 现和非的 ，尤其在电视机外天线 同轴线输入 的 中得 应 。L匹配电路：这 电路具有线路 洁和成本较低的点，缺点是窄带电路。 于 匹配和功率的损耗， 使 电感和电容性的元件，因共有8种 本的电路 供选择。 设计 理的匹配电路就 选择 适的电容电 元件参数，计 元件参数有 方 ： 过阻 计 和 过史密斯圆 。者的点是计 精 适 计 机计，后者是一种观有效的设计， 以充分 理地选择性能。现在 以 过使 计 机和功能强大的 件设计。T和丌电路：这 电路 以 现电路的品质因数的节， 活性更高。
20、元件的匹配电路设计能降低电路的品质因数，却 以提高频带宽 。2currency12 分布参数元件电路匹配(1)混 型匹配电路(中低频)这 电路设计中 的少 电感元件，因为 有较高的电阻损耗寄 参数也很。设计中 使 电容元件的并联和传输线 以成设计 求。(2)单分支匹配电路并联单分支电路 一fl串联的传输线和一fl并联的终 开路 路传输线构成，设计 常取恒的传输线的特性阻 ， 过节传输线的长 ， 行阻 匹配设计。(3)双分支匹配电路这 匹配电路更 于 现匹配阻 的节， 是设计有点复杂。2currency13 匹配电路“ ：在电阻中电子的规律波将 温 的 升而增以 出第一 的影响大。当Rs=Rs0
21、 ，F=Fmin 电路匹配。3 匹配电路分析4 结束是精设计的集 参数电路 是微波电路， 认清特，阻 值 提高， 串联方。阻 值 降低使 并联方， 个电 有相的 型， 振。14频率低 ， 采 集 参数匹配电路，L匹配电路是 洁的设计，也是低 的 选。电路设计中 求品质因数， 以使 T 者丌匹配电路，因为这 电路的品质因数 ，不过也 匹配电路， 电路的频率响应。使 匹配电路设计更 活， 以 电路的宽带 。分布参数匹配电路，使 在中高频fl，若介于集 和分布之间的，好采 混 匹配电路。若使 双分支电路不能 求， 以 匹配电路。电路的匹配设计不是单一的， 综 置电路、馈电路和频率节电路的相 ，复 行设计和修，终 效。一篇 一篇
