1、介紹

 

寬(kuan)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)的(de)設(she)計(ji)者(zhe)需(xu)要(yao)滿(man)足(zu)多(duo)種(zhong)設(she)計(ji)需(xu)求(qiu)，例(li)如(ru)
，對(dui)許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)來(lai)說(shuo)，寬(kuan)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)需(xu)要(yao)足(zu)夠(gou)的(de)線(xian)性(xing)，且(qie)在(zai)諧(xie)波(bo)頻(pin)率(lv)處(chu)是(shi)全(quan)反(fan)射(she)的(de)。此(ci)外(wai)，對(dui)於(yu)雷(lei)達(da)，軍(jun)用(yong)發(fa)射(she)機(ji)等(deng)非(fei)廣(guang)播(bo)電(dian)視(shi)的(de)應(ying)用(yong)來(lai)講(jiang)，放(fang)大(da)器(qi)還(hai)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)輸(shu)出(chu)端(duan)巨(ju)大(da)的(de)失(shi)配(pei)

，這(zhe)些(xie)通(tong)常(chang)是(shi)連(lian)接(jie)天(tian)線(xian)的(de)特(te)性(xing)，終(zhong)端(duan)負(fu)載(zai)
，待(dai)測(ce)設(she)備(bei)本(ben)身(shen)的(de)反(fan)射(she)等(deng)原(yuan)因(yin)造(zao)成(cheng)的(de)。對(dui)於(yu)這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)，放(fang)大(da)器(qi)的(de)強(qiang)健(jian)性(xing)
，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)不(bu)易(yi)損(sun)壞(huai)就(jiu)變(bian)得(de)異(yi)常(chang)重(zhong)要(yao)了(le)。由(you)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)損(sun)壞(huai)導(dao)致(zhi)的(de)不(bu)可(ke)測(ce)量(liang)，就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)工(gong)程(cheng)會(hui)麵(mian)臨(lin)嚴(yan)重(zhong)且(qie)昂(ang)貴(gui)的(de)延(yan)誤(wu)
，甚(shen)至(zhi)實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)收(shou)益(yi)也(ye)會(hui)受(shou)到(dao)損(sun)失(shi)等(deng)。

 

從cong商shang業ye的de角jiao度du來lai講jiang

，不bu論lun是shi初chu始shi投tou資zi還hai是shi以yi後hou的de運yun行xing成cheng本ben都dou是shi非fei常chang重zhong要yao的de。因yin此ci，高gao的de可ke靠kao性xing以yi及ji易yi維wei護hu性xing就jiu是shi達da到dao這zhe些xie目mu標biao的de關guan鍵jian因yin素su。此ci外wai，對dui於yu超chao大da功gong率lv的de寬kuan帶dai放fang大da器qi來lai說shuo，為wei了le降jiang低di運yun轉zhuan費fei用yong，還hai需xu要yao盡jin可ke能neng的de提ti高gao功gong率lv效xiao率lv。本ben文wen的de第di二er部bu分fen將jiang對dui此ci進jin行xing詳xiang細xi討tao論lun。

 

當dang為wei某mou一yi個ge特te定ding應ying用yong尋xun找zhao放fang大da器qi的de時shi候hou，最zui重zhong要yao的de是shi能neng都dou解jie釋shi清qing楚chu數shu據ju表biao中zhong的de各ge個ge參can數shu
，不bu同tong的de功gong放fang製zhi造zao商shang定ding義yi功gong放fang參can數shu的de方fang式shi是shi不bu一yi樣yang的de。第di三san部bu分fen將jiang建jian議yi如ru何he讀du懂dong這zhe參can數shu並bing如ru何he對dui比bi。

 

2
、高功率寬帶放大器設計的挑戰

 

設計高功率寬帶放大器時
，工程師需要對帶寬 ，zengyi，shuchugonglvyijizaigezhongfuduhexiangweitiaojianxiashipeidexingweitexing
，xianxingdu
，xiebotexing
，gonglvxiaolvdengjinxingzonghekaolv，bingcongzhongzhaochuzuizhongyaodeyouxiankaolvdezhibiao。

 

這些指標大多是相互影響的


，對於給定的晶體guanleixinglaishuo



，shejidedaikuanzengjia，nenggoudedaodeshuchugonglvjiuhuijianxiao。gengjiajuyoutiaozhanxingdeshi
，weiledadaogengdadeshuchugonglv
，pipeiwangluoyijixiangyingdegongfendianlu，gonglvhechengdianlujiuhuibiandegengjiakunnan。tongshi，gongfangguandeshiyongshoumingfeichangyilaiyufangdaqidesanreshejihegongfangguanwaiweidebaohudianlu。

 

對於A類 放fang大da器qi，晶jing體ti管guan通tong常chang偏pian置zhi在zai一yi個ge較jiao大da的de靜jing態tai電dian流liu上shang，這zhe樣yang可ke以yi得de到dao一yi個ge非fei常chang線xian性xing的de放fang大da特te性xing，但dan是shi卻que要yao承cheng受shou差cha的de功gong率lv效xiao率lv
，並bing對dui晶jing體ti管guan帶dai來lai很hen大da的de散san熱re壓ya力li。AB類放大器相比Aleifangdaqijuyoudidejingtaipianzhidianliu

，tongyangkeyidedaohenhaodexianxingtexing
，yijihaodeduodegonglvxiaolv
，jingtiguandesanreyalidedaojianxiao。tongchangdoucaiyongtuiwanjiegoulaijinxingdianlusheji。

 

為了更好的理解熱應力對晶體管使用壽命的影響
，我們可以以典型LDMOS晶體管的結溫行為特性來說明，如圖1所示。根據經驗所說，結溫降低10度，晶體管壽命可以增加一倍。如果使用GaN晶體管，結溫的降低對壽命有更大的好處。現在的功放管可以提供更大的RF 功(gong)率(lv)密(mi)度(du)，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)更(geng)加(jia)緊(jin)湊(cou)尺(chi)寸(cun)更(geng)小(xiao)的(de)放(fang)大(da)器(qi)，設(she)計(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)就(jiu)變(bian)成(cheng)了(le)如(ru)何(he)設(she)計(ji)更(geng)加(jia)高(gao)效(xiao)的(de)熱(re)沉(chen)來(lai)處(chu)理(li)功(gong)放(fang)管(guan)耗(hao)散(san)出(chu)來(lai)的(de)大(da)量(liang)熱(re)能(neng)。對(dui)於(yu)A類放大器來說，這通常是難以實現的
，需要更多的晶體管，並降低每個晶體管的最大功率輸出
，來處理散熱難題。即使這樣
，A類lei放fang大da器qi在zai沒mei有you射she頻pin輸shu入ru的de情qing況kuang下xia，仍reng然ran具ju有you很hen高gao的de結jie溫wen
，原yuan因yin在zai於yu它ta們men具ju有you很hen大da的de靜jing態tai偏pian置zhi電dian流liu，當dang散san熱re設she計ji處chu理li不bu好hao時shi，使shi用yong壽shou命ming就jiu會hui大da大da減jian少shao。

 

圖1
、LDMOS 晶體管壽命隨漏極電流在不同結溫下的關係曲線，曲線1到11代表結溫從100 °C到200 °C，步進10 °C

 

對於一些應用來說，並不是總是需要寬帶放大器提供最大的功率輸出，例如進行EMS測試。圖2 顯示的是在一個200伏/米的EMS係統中，放大器加到EMS天線上的功率隨頻率變化的校準曲線。可以看出，需要不同的功率輸出來達到相應的場強。如圖2 中描述的
，在100MHz處，需要的最大前向功率是1050瓦左右，而在200MHz及以上頻率處 
，所需的最大前向功率降到600瓦左右
，對於某些頻點 甚至可以降低到400瓦左右。因此，在這些EMS應用當中，AB類放大器相比A類放大器具有更好的效率
，晶體管更低的結溫可以帶來更長的使用壽命。

 

圖2、在EMS 測試中，為達到200伏/米的場強
，放大器輸出和天線輸入端在不同頻率處所需要達到的前向功率

 

不(bu)考(kao)慮(lv)高(gao)功(gong)率(lv)寬(kuan)帶(dai)放(fang)大(da)器(qi)的(de)類(lei)型(xing)，高(gao)的(de)駐(zhu)波(bo)比(bi)也(ye)會(hui)對(dui)晶(jing)體(ti)管(guan)帶(dai)來(lai)額(e)外(wai)的(de)壓(ya)力(li)。因(yin)為(wei)反(fan)射(she)回(hui)來(lai)的(de)射(she)頻(pin)功(gong)率(lv)也(ye)會(hui)消(xiao)散(san)在(zai)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)，這(zhe)又(you)進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)加(jia)了(le)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)結(jie)溫(wen)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)高(gao)的(de)駐(zhu)波(bo)比(bi)損(sun)壞(huai)放(fang)大(da)器(qi)
，必(bi)須(xu)設(she)計(ji)出(chu)高(gao)效(xiao)的(de)功(gong)率(lv)耗(hao)散(san)電(dian)路(lu)
，這(zhe)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)散(san)熱(re)係(xi)統(tong)合(he)理(li)的(de)布(bu)局(ju)來(lai)實(shi)現(xian)，包(bao)括(kuo)在(zai)相(xiang)關(guan)的(de)熱(re)點(dian)布(bu)置(zhi)熱(re)傳(chuan)感(gan)器(qi)，也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)監(jian)控(kong)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)相(xiang)關(guan)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)實(shi)現(xian)。另(ling)外(wai)，功(gong)放(fang)設(she)計(ji)師(shi)和(he)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)還(hai)要(yao)決(jue)定(ding)是(shi)否(fou)增(zeng)加(jia)足(zu)夠(gou)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)，以(yi)保(bao)證(zheng)放(fang)大(da)器(qi)能(neng)夠(gou)在(zai)很(hen)差(cha)的(de)駐(zhu)波(bo)比(bi)情(qing)況(kuang)下(xia)仍(reng)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)前(qian)向(xiang)功(gong)率(lv)
，或(huo)者(zhe)是(shi)允(yun)許(xu)放(fang)大(da)器(qi)在(zai)一(yi)定(ding)駐(zhu)波(bo)比(bi)下(xia)開(kai)始(shi)回(hui)退(tui)。更(geng)多(duo)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)成(cheng)本(ben)更(geng)高(gao)的(de)放(fang)大(da)器(qi)，市(shi)場(chang)上(shang)就(jiu)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)更(geng)高(gao)的(de)價(jia)格(ge)。

 

3
、選擇合適的寬帶放大器

 

作zuo為wei一yi個ge用yong戶hu
，他ta們men並bing不bu關guan心xin設she計ji師shi所suo要yao麵mian對dui的de設she計ji挑tiao戰zhan

，隻zhi需xu要yao確que保bao選xuan擇ze一yi個ge合he適shi的de放fang大da器qi來lai滿man足zu自zi己ji的de應ying用yong。而er選xuan擇ze放fang大da器qi時shi，會hui發fa現xian有you很hen多duo指zhi標biao都dou是shi描miao述shu放fang大da器qi性xing能neng的de，用yong戶hu不bu僅jin需xu要yao考kao慮lv如ru輸shu出chu功gong率lv，諧xie波bo特te性xing等deng技ji術shu指zhi標biao，還hai需xu要yao考kao慮lv搭da建jian維wei護hu整zheng個ge高gao功gong率lv放fang大da器qi係xi統tong的de多duo個ge重zhong要yao因yin素su。下xia麵mian將jiang會hui對dui此ci進jin行xing詳xiang細xi討tao論lun。

 

3.1 放大器輸出功率

 

為了對比不同功放廠家的功放輸出功率指標，通常以1dB壓縮輸出功率作為參考值。該指標定義了放大器增益比小信號增益下降1dB時shi對dui應ying的de輸shu出chu功gong率lv。大da多duo數shu的de廠chang家jia都dou是shi以yi某mou個ge頻pin段duan範fan圍wei內nei的de輸shu出chu功gong率lv來lai標biao稱cheng整zheng個ge放fang大da器qi的de輸shu出chu功gong率lv，實shi際ji上shang並bing不bu是shi在zai所suo有you工gong作zuo頻pin段duan上shang都dou能neng達da到dao標biao稱cheng的de1dB壓縮輸出功率，一些廠家的數據表上提供的1dB壓縮輸出功率是偏低的。因此，一定要仔細對比數據表的數據，並且弄清楚整個輸出功率曲線。

 

duiyuyixiegaogonglvfashejiyingyong，xuyaokaolvzhenggexitongdeyusuan，tongchangqingkuangxia，tianxianzaigaopinduankeyitigonggengdadezengyi，yincifangdaqitigongjiaoxiaodeshuchugonglvjiukeyidadaosuoxudechangqiang。zheyang，duiyuxitongpinduanshangmianbufengoumaishiyonggengxiaodefangdaqi。

 

3.2 諧波特性

 

放大器的諧波抑製通常使用dBc來描述的。非常重要的是，要確認廠家是在什麼輸出功率上評估諧波抑製數據的。一般情況下是在1dB壓ya縮suo功gong率lv處chu
，但dan也ye有you一yi些xie廠chang家jia是shi在zai低di的de輸shu出chu功gong率lv上shang評ping估gu的de
，因yin為wei降jiang低di輸shu出chu功gong率lv，可ke以yi得de到dao更geng好hao的de諧xie波bo特te性xing。這zhe這zhe種zhong情qing況kuang下xia，就jiu很hen難nan知zhi道dao放fang大da器qi在zai1dB壓縮點時的諧波特性。不論是A類或是AB類放大器，一旦驅動到1dB壓縮點之上，諧波特性就會以非線性的方式惡化。

 

另外需要考慮的是，一定要清楚自己的應用是否對諧波特性有要求。比如說

，一般放大器的諧波抑製標稱值是在-20dBc左右
，而實際上-15dBcjiugouyongle，zheyangkeyibafangdaqiqudongdaogenggaodegonglvshang，tongyangruguoxuyaogenghaodexiebotexing
，jiuyaoshidangdejiangdishuchugonglv，huoxuanzegonglvgengdadefangdaqi。

 

3.3 係統設計

 

當dang尋xun找zhao合he適shi的de放fang大da器qi時shi，非fei常chang關guan鍵jian的de是shi要yao根gen據ju係xi統tong環huan境jing來lai決jue定ding選xuan擇ze集ji成cheng何he種zhong放fang大da器qi。對dui於yu需xu要yao集ji成cheng多duo個ge頻pin段duan的de，還hai要yao選xuan擇ze射she頻pin開kai關guan，可ke以yi是shi在zai功gong放fang輸shu入ru端duan，或huo是shi輸shu出chu端duan，甚shen至zhi是shi在zai功gong率lv采cai樣yang端duan口kou。一yi些xie廠chang家jia可ke以yi提ti供gong內nei嵌qian的de開kai關guan
，這zhe樣yang就jiu可ke以yi避bi免mian外wai部bu開kai關guan，降jiang低di係xi統tong設she計ji的de難nan度du，同tong時shi也ye可ke以yi是shi遠yuan程cheng控kong製zhi變bian得de更geng加jia簡jian單dan。

 

duiyuyixiejieshouhuofashexitongdeyingyong，ruleidaheganraoji，fangdaqinenggoukuaisudejingmoshifeichangyouyongde。tongchangyaoqiujingmoheshuchuzhijiandeqiehuanzaijigeweimiaozuoyou，erqiejingmoshideshuchugonglvyaozugoudedi，yuejiejin-174dBm/Hz的熱噪聲底限越好，這就需要非常高的設計技巧
，並不是所有的廠家都能實現的，因此需要更加嚴格的選擇放大器廠家。

 

進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)的(de)時(shi)候(hou)，找(zhao)到(dao)不(bu)同(tong)頻(pin)段(duan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)最(zui)優(you)組(zu)合(he)也(ye)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)
，按(an)照(zhao)長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)的(de)一(yi)貫(guan)做(zuo)法(fa)來(lai)實(shi)現(xian)往(wang)往(wang)不(bu)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)。最(zui)好(hao)的(de)是(shi)深(shen)入(ru)理(li)解(jie)係(xi)統(tong)的(de)需(xu)求(qiu)，知(zhi)道(dao)每(mei)個(ge)頻(pin)段(duan)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)確(que)切(qie)功(gong)率(lv)等(deng)級(ji)，尤(you)其(qi)是(shi)根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)，明(ming)確(que)哪(na)個(ge)頻(pin)段(duan)或(huo)是(shi)子(zi)頻(pin)段(duan)必(bi)需(xu)由(you)一(yi)個(ge)放(fang)大(da)模(mo)塊(kuai)覆(fu)蓋(gai)。隻(zhi)有(you)這(zhe)樣(yang)，才(cai)能(neng)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)既(ji)經(jing)濟(ji)又(you)具(ju)有(you)優(you)異(yi)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)的(de)方(fang)案(an)

 

3.4 係統運營費用

 

放fang大da器qi係xi統tong的de運yun營ying費fei用yong主zhu要yao有you係xi統tong正zheng常chang運yun行xing時shi間jian
，使shi用yong和he維wei護hu的de成cheng本ben所suo決jue定ding。這zhe個ge費fei用yong是shi放fang大da器qi生sheng命ming周zhou期qi內nei擁yong有you成cheng本ben的de最zui主zhu要yao項xiang目mu，因yin此ci在zai選xuan擇ze放fang大da器qi的de時shi候hou一yi定ding要yao加jia以yi考kao慮lv。

 

xitongdezhengchangyunxingshijianyishiqujueyufangdaqideqiangjianxing，birushuozaielietiaojianxiayenengzhengchanggongzuobuguzhang，zaizhejiushifashengguzhanghoudeweixiushijian，ruguofangdaqibunengzhengchangshiyong
，guanjianrenwukenengjiuweixianle，xiangmudejindujiuhuiyanhou，shenzhishizhijiedaozhiyingshoushoudaoyingxiang。

 

放(fang)大(da)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)成(cheng)本(ben)主(zhu)要(yao)取(qu)決(jue)於(yu)功(gong)率(lv)效(xiao)率(lv)
，高(gao)的(de)功(gong)率(lv)效(xiao)率(lv)就(jiu)代(dai)表(biao)著(zhe)低(di)的(de)功(gong)率(lv)消(xiao)耗(hao)，更(geng)少(shao)的(de)耗(hao)散(san)熱(re)量(liang)
，以(yi)及(ji)更(geng)少(shao)的(de)處(chu)理(li)散(san)熱(re)的(de)成(cheng)本(ben)，總(zong)之(zhi)
，就(jiu)是(shi)更(geng)少(shao)的(de)使(shi)用(yong)成(cheng)本(ben)。因(yin)此(ci)，對(dui)於(yu)包(bao)括(kuo)軍(jun)用(yong)EMC的大多數應用
，建議購買高效率的放大器，尤其是需要超高輸出功率時。

 

weilebaochichangdeyunxingshijianhedideweihuchengben
，zuihaoshixuanzezaidangdiyouhenhaozhichiheweixiufuwudefangdaqichangjia。xianzaidefangdaqidouyouyuanchengkongzhigongneng，keyitongguoLAN 口接入進行最初的故障定位和錯誤分析
，這個功能可以讓維護變得更加簡單。

 

而且放大器本身設計得也更加易於維護，比如說羅德與施瓦茨的BBA150mokuaihuafangdaqi
，nenggourangyonghuzijizaihenduandeshijianneigenghuanfangdaqimokuai。zuihoudejianyishixuanzejuyougongyehuashengchannenglihetigongfuwuzhichiwendangjiludefangdaqichangjia，zhiyouzheyangcainengbaozhengfangdaqizaiyongguojinianzhihourengjiukeyidedaohenhaodefuwu。

 

4、總結

 

本(ben)論(lun)文(wen)描(miao)述(shu)了(le)寬(kuan)帶(dai)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)設(she)計(ji)師(shi)在(zai)研(yan)發(fa)時(shi)麵(mian)臨(lin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)，必(bi)須(xu)在(zai)多(duo)個(ge)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)的(de)設(she)計(ji)指(zhi)標(biao)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)反(fan)複(fu)折(zhe)中(zhong)才(cai)能(neng)得(de)到(dao)最(zui)優(you)結(jie)果(guo)。探(tan)討(tao)了(le)A 類和AB類放大器之間的差別，以及熱應力對放大器使用壽命的影響，並提出了使放大器駐波能力更加強健的建議。

 

探tan討tao了le為wei具ju體ti應ying用yong選xuan擇ze合he適shi的de放fang大da器qi時shi所suo要yao考kao慮lv的de因yin素su，必bi須xu仔zai細xi閱yue讀du不bu同tong廠chang家jia產chan品pin的de數shu據ju手shou冊ce來lai進jin行xing性xing能neng對dui比bi，進jin行xing放fang大da器qi集ji成cheng時shi必bi須xu考kao慮lv係xi統tong的de要yao求qiu，往wang往wang可ke以yi通tong過guo優you化hua係xi統tong設she計ji得de到dao更geng加jia經jing濟ji的de方fang案an。

 

考(kao)慮(lv)放(fang)大(da)器(qi)係(xi)統(tong)總(zong)的(de)擁(yong)有(you)成(cheng)本(ben)時(shi)，不(bu)僅(jin)要(yao)考(kao)慮(lv)最(zui)初(chu)的(de)購(gou)買(mai)成(cheng)本(ben)，還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)放(fang)大(da)器(qi)的(de)強(qiang)健(jian)性(xing)和(he)易(yi)維(wei)護(hu)性(xing)
，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)化(hua)總(zong)的(de)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)和(he)壽(shou)命(ming)
，降(jiang)低(di)總(zong)成(cheng)本(ben)。

 

作者：羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司 楊洪文

 

 

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