一、关键技术指标
功率放大器的关键技术指标包括功率、效率、线性度等,各指标往往无法同时达到最佳,需要在设计过程中根据实际需求进行折中。
(一)功率
1、输出功率
功放输出功率常用饱和输出功率或1dB压缩点来描述。当输入功率较小时,功放处于线性工作区,输出功率随着输入功率的增大而线性增大。输入功率增加到一定程度时,非线性效应加强,功放增益开始下降。将功放增益相比线性增益下降1dB 时的输出功率定义为功放1dB 增益压缩点。随着输入功率的进一步增大,功率放大器工作在饱和区,输出功率保持稳定而不随输入功率增大继续增大,此时的输出功率定义为饱和输出功率。

2、功率增益
功率增益常以dB为单位,可分为如下三种:

(二)效率
功放效率有漏极效率和功率附加效率,当输入较大与输出相比不可忽略时,常用PAE来衡量。

(三)线性度
线性度描述了功率放大器输出信号对输入信号的保真程度,主要线性度指标包括P1dB、IP3、邻信道泄漏功率比(Adjancet Channel Power Rejection,ACPR)、误差矢量幅度(Error Vector Magnitude,EVM)。
1、交调失真
在射频电路中,通常采用线性模型近似对小信号响应进行描述,但对于大功率的场景,射频链路中的非线性器件的非线性特性是不可忽略的。对于非线性网络,输出信号可以表示为输入信号的泰勒级数展开:

仅考察系统对单音信号的影响不足以应对实际需求,将输入信号假设为双音信号:

展开得到三阶交调和基波的频率分量:

若两基波频率非常接近,三阶交调所产生的无用频率分量往往离信号很近,滤波器很难将其滤除,因此定义三阶截取点描述交调:当进行双音信号测试时,增大输入信号,使输出的基波信号与三阶交调信号大小一致时,此时的输入信号即为输入三阶交截点(Input Third Intercept Point,IIP3)。
三阶交截点的测试可以依据下图,对系统输入双音信号,在输出端测得三阶交调和基波信号的功率差值,计作ΔP。

输入三阶截取点与输入1 dB 压缩点有如下关系,可以将其应用在非线性电路仿真模型的建立中:

2、ACPR
宽带信号输入到功放时,由于功放的非线性,信号会泄露到相邻频带,干扰其他
信道正常通信。将相邻信道平均功率与主信道平均功率之比定义为邻信道泄露功率比ACPR。

3、EVM
EVM 是表征调制信号的关键指标之一,对比误码率这样的指标而言,它同时包含了电路中幅度和相位的失真。误差矢量幅度为理想无线信号和实际信号在星座图上的向量差。

其中,R(n)表示理想信号矢量,S(n)表示实测信号矢量,C_RMS是理想信号星座图各点幅度的均方根值, V_error ,RMS是测试信号与理想信号星座图各点矢量差幅度的均方根值。
(四)稳定性
稳定性是指射频功率放大器在不同工作条件下保持输出功率和性能的稳定性。若B > 0 且 K > 1,则电路是稳定的。
K稳定性因子具备局限性。只有原本的电路在开路、短路情况都稳定的时候,K因子的计算才能用于判断稳定性(见Stability and Power-Gain Invariants of Linear Twoports)。在实际测试时,我们可以先测量开路、短路是否稳定,然后使用S参数计算稳定性因子来判断电路在一个频段内是否绝对稳定。在电路设计仿真时,使用K因子判断,需要默认电路在开路、短路情况下稳定,这样不严谨。
二、分类
(一)基于导通角划分的传统功放
(二)开关功放
- 本文作者: Eva
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