射频放大器介绍

​射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。

射频功率放大器的工作频率很高，但相对频带较窄，射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射频功率放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲(A)、乙(B)、丙(C)三类工作状态。甲类放大器电流的导通角为360°，适用于小信号低功率放大，乙类放大器电流的导通角等于180°，丙类放大器电流的导通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。

放大器的主要技术指标:

(1)频率范围:放大器的工作频率范围是选择器件和电

路拓扑设计的前提。

(2)增益:是放大器的基本指标。按照增益可以确定放

大器的级数和器件类型。G(db)=10log(Pout/Pin)=S21(dB)

(3)增益平坦度和回波损耗

VSWR<2.0orS11，S22<-10dB

(4) 噪声系数:放大器的噪声系数是输入信号的信噪比 与输出信号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量的变坏程度。NF(dB)=10log[(Si/Ni)/(So/No)]

现代的无线通信中，射频设备的使用相当普及，而射频放大器在设备中起粉至关重要的作用，放大器中有关功率参数的测t也引起相当的重视，而在实际的研发生产中对功率参数的理解和应用存在一定的误解，下面就一个放大器的特性来说明相关功率参数的含义和应用。

在描述一个放大器时，基本的参数有增益和最大输出电平(功率)。为对增益有较为准确的描述，引人线性特性的参数来衡t，通常用ldB压缩点对应输人功率和线性垠小输人电平来表示，两者之差就是放大器的输人动态范围。对于ldB压缩点，在GSM直放站标准YD汀952一1998中是这样描述的:ldB压缩点输出功率是指放大器在增益下降ldB时，对应此时的输人功率，用图示方法表示是指当时的实际输出功率比理想的线形放大器对应的输出功率小ldB。

为进一步描述线性度.还有一个指标就是增益步长误差，表示的是当输人变化单位信号强度时输出是否也变化相同的大小。

一个实际的放大器，由于物理特性和噪声的影响，当输人电平太小时不能保持有线性状态.因此引人最小输出电平的概念.通常认为输出比噪声电平高3dB时对应的输人电平为最小输人电平。放大器的输出噪声功率为:P=kTBGF。

本书主要分为两部分，第一部分介绍了常用片状元器件的基本常识、特点、性能及其在电子设备中的应用知识;第二部分以表格的形式给出常用贴片元器件识别代码-型号-参数及代换对照资料，用来解决在实际应用中识别贴片元器件型号和了解其技术参数这一难题。书中所涉及的元器件包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管、CPU复位电路、稳压电路、运算放大器、射频放大器等。

为了方便读者使用，本书附赠光盘中还提供了大量以元器件型号、生产厂家为排序方式的贴片元器件技术资料。

本书可供电子技术人员、电子设备及家电维修人员以及电子爱好者使用。

第1章 射频电路设计与主要仿真软件简介 1

1.1 无源器件工程设计和仿真软件HFSS介绍 1

1.2 有源器件工程设计和仿真软件ADS介绍 2

1.3 微波系统工程设计介绍 4

第2章 射频放大器的设计 6

2.1 低噪声放大器技术及一般设计方法 6

实例1：基于AT-41511的低噪声放大器设计 6

实例2：C波段低噪声放大器设计 10

实例3：毫米波低噪声放大器设计 15

实例4：C波段放大器设计 18

2.2 普通放大器的技术及一般设计方法 20

实例5：L波段放大器 20

实例6：中频MF放大器设计 21

2.3 功率放大器技术及一般设计方法 22

实例7：900MHz功放设计 22

实例8：毫米波功放设计 30

实例9：高频HF功放设计 32

2.4 功放预失真技术及设计方法 35

实例10：二极管预失真线性化功放的设计 35

2.5 Doherty 功放技术及设计方法 38

实例11：一种Doherty 功放的设计 39

第3章 频率源的设计 42

3.1 VCO技术及振荡器一般设计方法 42

实例12：200MHz VCO的设计 43

实例13：一种900MHz振荡器的设计 45

实例14：1 800MHz VCO的设计 46

3.2 PLL技术及设计 49

实例15：用ADISimPLL设计3GHz点频锁相环 50

实例16：用ADS设计880~915MHz的PLL 53

3.3 双环频率合成器的设计 58

实例17：一种改善相噪的900MHz双环频率源设计 58

3.4 介质振荡器技术及设计 60

实例18：一种10.5GHz介质振荡器的设计 60

实例19：一种9GHz介质振荡器的设计 64

3.5 DDS频率源技术及设计 66

实例20：DDS频率源的设计 66

实例21：DDS+PLL频率源的设计 68

第4章 混频器的设计 72

4.1 单端混频器设计 72

实例22：二极管混频器的设计 72

实例23：三极管混频器的设计 74

4.2 单平衡混频器设计 77

实例24：二极管单平衡混频器的设计 77

4.3 双平衡混频器技术 81

实例25：二极管双平衡混频器的设计 81

4.4 基于RFIC/MMIC的混频电路设计 82

实例26：一种U波段混频电路的设计 82

实例27：一种毫米波混频电路的设计 83

第5章 微波滤波器、双工器和多工器设计 85

5.1 波导滤波器的设计 85

实例28：一种K波段波导滤波器的设计 85

实例29：一种KU波段圆腔双模滤波器的设计 88

5.2 介质滤波器的设计 90

实例30：一种L波段介质滤波器的设计 90

5.3 微带滤波器的设计 94

实例31：平行耦合微带滤波器设计 94

实例32：发夹形微带滤波器设计 96

实例33：交指微带滤波器设计 98

实例34：微带低通滤波器的设计 99

实例35：微带高通滤波器的设计 100

实例36：毫米波微带滤波器的设计 102

实例37：交叉耦合微带滤波器的设计 104

实例38：一种新型混合耦合微带滤波器的设计 106

5.4 同轴腔体滤波器的设计 108

实例39：900MHz同轴滤波器的设计 108

实例40：四腔同轴交叉耦合滤波器的设计 110

实例41：三腔同轴交叉耦合滤波器的设计 112

实例42：交指滤波器的设计 114

5.5 螺旋滤波器的设计 117

实例43：350MHz螺旋滤波器的设计 117

实例44：800MHz螺旋滤波器的设计 120

5.6 LC滤波器的设计 122

实例45：LC低通滤波器的设计 122

实例46：LC高通滤波器的设计 124

实例47：LC带通滤波器的设计 126

实例48：LC加极点带通滤波器的设计 128

实例49：一种新型高性能LC带通滤波器的设计 130

实例50：大功率LC滤波器的设计 132

5.7 双工器的设计 133

实例51：腔体双工器的设计 133

实例52：交叉耦合同轴双工器的设计 135

实例53：波导双工器的设计 137

实例54：LC双工器的设计 138

5.8 射频多工器的设计 140

实例55：同轴多工器的设计 140

实例56：LC多工器的设计 140

第6章 功率分配器的设计 143

6.1 电抗功分器的设计 143

实例57：二功分电抗功分器的设计 143

实例58：三功分电抗功分器的设计 145

实例59：四功分电抗功分器的设计 146

6.2 环形桥功分器和威尔金森功分器的设计 148

实例60：2GHz环形桥功分器设计 148

实例61：威尔金森功分器的设计 150

6.3 波导功分器和一种新型功分器的设计 151

实例62：一种新型大功率同轴腔体功分器设计 151

实例63：波导功分器的设计 153

第7章 耦合器的设计 156

实例64：兰格耦合器的设计 156

实例65：宽带腔体式电桥的设计 158

实例66：微带分支线型耦合器的设计 159

实例67：波导分支线型耦合器的设计 161

实例68：一种新型毫米波波导窄边耦合器的设计 162

实例69：波导定向耦合器的设计 163

实例70：一种新型同轴高方向性定向耦合器的设计 165

第8章 功率衰减器的设计 168

8.1 电阻衰减器的设计 168

实例71：T形电阻衰减器的设计 168

实例72：∏形电阻衰减器的设计 169

8.2 波导衰减器的设计 170

实例73：一种K波段波导衰减器的设计 170

8.3 PIN二极管电调衰减器的设计 172

实例74：一种PIN二极管电调衰减器的设计 172

第9章 微波开关的设计 175

9.1 PIN二极管微波开关的设计 175

实例75：一种PIN二极管微波开关的设计 175

9.2 同轴微波开关的设计 176

实例76：SPDT同轴微波开关的设计 176

实例77：DPDT同轴微波开关的设计 178

9.3 波导微波开关的设计 180

实例78：一种波导微波开关的设计 180

第10章 其他常用微波器件的设计 183

10.1 匹配电路的设计 183

实例79：LC匹配电路的设计 183

实例80：电阻匹配电路的设计 185

实例81：微带单支节匹配电路的设计 185

实例82：微带双支节匹配电路的设计 187

实例83：微带1/4波长匹配电路的设计 188

实例84：波导螺钉匹配的设计 190

10.2 隔离器与环形器的设计 192

实例85：一种微带隔离器的设计 192

实例86：一种波导隔离器的设计 195

10.3 检波器的设计 198

实例87：二极管检波器的设计 198

实例88：一种毫米波检波器的设计 199

10.4 倍频器的设计 200

实例89：MMIC放大倍频器的设计 200

实例90：一种二极管倍频器的设计 201

10.5 调幅电路移相器的设计 205

实例91：二极管环形调幅电路设计 205

实例92：一种PIN移相器的设计 205

第11章 射频系统发射机的设计 208

实例93：发射信道设计和包络仿真 208

实例94：一次变频方案发射机的设计 214

实例95：二次变频方案发射机的设计 215

实例96：一种KU发射机的设计 216

第12章 射频系统接收机的设计 218

实例97：一种超外差接收机的设计 218

实例98：一种零-中频接收机的设计 219

实例99：一种低-中频接收机的设计 223

实例100：接收信道设计及接收误码率仿真 224