美国Boonton 射频功率分析仪
射频测量指标参数
射频指标 1）频率误差 定义 :发射机的频率误差是指测得的实际频率与理论期望的频率之差。它是通过测量手机的I/Q 信号并通过相位误差做线性回归，计算该回归线的斜率即可得到频率误差。频率误差是唯一要求在衰落条件下也要进行测试的发射机指标。 测试目的 :通过测量发射信号的频率误差可以检验发射机调制信号的质量和频率稳定 度。频 率误差小，则表示频率合成器能很快地切换频率，并且产生出来的信号足够稳 定。只有信号 频率稳定，手机才能与基站保持同步。若频率稳定达不到要求 （±0.1ppm），手机将出现信 号弱甚至无信号的故障，若基准频率调节范围不 够，还会出现在某一地方可以通话但在另一 地方不能正常通话的故障。 条件参数 : GSM 频段选 1、62、124 三个信道，功率级别选 最大LEVEL5 ；DCS 频段选 512、698、885 三个信道，功率级别选最 大LEVEL0 进行测试。 GSM 频段的频率误差范围为+90HZ —— -90HZ ，频率误差小 于40HZ 时为最好，大于40HZ 小于 60HZ 时为良好，大于60HZ 小于 90HZ 时为一般，大 于90HZ 时为不合格； DCS 频段的频率误差范围为 +180HZ —— -180HZ ，频率误差小于 80HZ 时为最好，大于 80HZ 小于 100HZ 时为良好，大 于100HZ 小于 180HZ 时为一般，大于180HZ 时为不合格。 2)相位误差 定义 :发射机的相位误差是指测得的实际相位与理论期望的相位之差。理论上的相位 轨迹可 根据一个已知的伪随机比特流通过0.3 GMSK 脉冲成形滤波器得到。相位轨迹可看作与载 波 相位相比较的相位变化曲线。连续的1 将引起连续的 90 度相位的递减，而连续的0 将引起连续的 90 度相位的递 增。 峰值相位误差表示的是单个抽样点相位误差中最恶略的情况，而均方根误差表示的是所有 点 相位误差的恶略程度，是一个整体性的衡量。 测试目的 :通过测试相位误差了解手机发射通路的信号调制准确度及其噪声特性。可以看出 调制器是否正常工作，功率放大器是否产生失真，相位误差的大小显示了I 、Q 数位类比转 换器和高斯滤波器性能的好坏。发射机的调制信号质量必须保持一定的指标，才能当存在着各种外界干扰源时保持无线链路上的低误码率。 测试方法 :在业务信道（ TCH ）激活 PHASE ERROR 即可观测到相位误差值。测试时通过 综合测试仪 MU200 产生比特流进行调制后送给手机，并指令手机处于环回模式。然后去捕 捉 手机的一个突发信号，对其进行均匀相位抽样，抽样周期为调制信号周期的1/2，最后根据
射频功率放大器
实验四：射频功率放大器 【实验目的】 通过功率放大器实验，让学生了解功率放大器的基本结构，工作原理及其设计步骤，掌握功率放大器增益、输出功率、频率范围、线性度、效率和输入/输出端口驻波比等主要性能指标的测试方法，以此加深对以上各项性能指标的理解。 【实验环境】 1．实验分组：每组2~4人 2．实验设备：直流电源一台，频谱仪一台，矢量网络分析仪一台，功率计一只，10dB衰减器一个，万用表一只，功率放大器实验电路 板一套 【实验原理】 一、功率放大器简介 功率放大器总体可分成A、B、C、D、E、F六类。而这六个小类又可以归入不同的大类，这种大类的分类原则，大致有两种：一种是按照晶体管的导通情况分，另一种按晶体管的等效电路分。按照信号一周期内晶体管的导通情况，即按导通角大小，功率放大器可分A、B、C三类。在信号的一周期内管子均导通，导θ（在信号周期一周内，导通角度的一半定义为导通角θ），称为A 通角? =180 θ。导通时间小于一半周期的类。一周期内只有一半导通的成为B类，即? =90 θ。如果按照晶体管的等效电路分，则A、B、C属于一大称为C类，此时? <90 类，它们的特点是：输入均为正弦波，晶体管都等效为一个受控电流源。而D、E、F属于另一类功放，它们的导通角都近似等于? 90，均属于高功率的非线性放大器。 二、功率放大器的技术要求 功率放大器用于通信发射机的最前端，常与天线或双工器相接。它的技术要求为： 1. 效率越高越好 2. 线性度越高越好 3. 足够高的增益
4. 足够高的输出功率 5. 足够大的动态范围 6. 良好的匹配（与前接天线或开关器） 三、功率放大器的主要性能指标 1.工作频率 2.输出功率 3.效率 4.杂散输出与噪声 5.线性度 6.隔离度 四、功率放大器的设计步骤 1.依据应用要求（功率、频率、带宽、增益、功耗等），选择合适的晶体管 2.确定功率放大器的电路和类型 3.确定放大器的直流工作点和设计偏置电路 4.确定最大功率输出阻抗 5.将最大输出阻抗匹配到负载阻抗（输出匹配网络） 6.确定放大器输入阻抗 7.将放大器输入阻抗匹配到实际的源阻抗（输入匹配网络） 8.仿真功率放大器的性能和优化 9.电路制作与性能测试 10.性能测量与标定 五、本实验所用功率放大器的简要设计过程 1. PA 2. 晶体管的选择 本实验所选用的晶体管为安捷伦公司的ATF54143_PHEMT，这种晶体管适合用来设计功率放大器。单管在～处能达到的最大资用增益大于18dB，而1dB压缩点高于21dB。
微波基本参数的测量原理
微波基本参数的测量 一、实验目的 1、了解各种微波器件； 2、了解微波工作状态及传输特性； 3、了解微波传输线场型特性； 4、熟悉驻波、衰减、波长（频率）和功率的测量； 5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。 二、实验原理 微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。要对这些参数进行测量，首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点，各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法，其次是要掌握一些微波测量的基本技术。 １、导行波的概念： 由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM 波）： TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即：0=Z E ,0=Z H 。电场E 和磁场H ，都是纯横向的。TEM 波沿传输方向的分量为零。所以，这种波是无法在波导中传播的。 (B) 横电波（TE 波）： TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。 (C) 横磁波（TM 波）： TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=Z H ，而0≠Z E 。亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。 TE 波和TM 波均为“色散波”。矩形波导中，既能传输mm TE 波，又能传输mm TM 波（其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数，n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。 ２、波导管： 波导管是引导微波电磁波能量沿一定方向传播的微波传输系统，有同轴线波导管和微带等，波导的功率容量大，损耗小。常见的波导管有矩形波导和圆波导，本实验用矩形波导。 矩形波导的宽边定为x 方向，内尺寸用a 表示。窄边定为y 方向，内尺寸用b 表示。10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。在忽略损耗，且管内充满均匀介质（空气）下，波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到： ()sin()j t z o y x E j e ωβωμππα-=-， ()sin()j t z o x x H j e ωβμαππα -=
不看不知道 射频功率测试,就是这么简单
不看不知道射频功率测试，就是这么简单 自从第一台无线电发射机诞生之日起，工程师们就开始关心射频功率测量问题，知道今天这依然是个热门话题。无论是在实验室，产线上还是教学中，功率测量都是必不可少的。 在无线电发展初期，测试工程师所面对的大多数是连续波、调幅、调频、调相或脉冲信号，这些信号都是有规律可循的。例如，连续波（如图1）调频或调相信号的功率测量都是很简单，只需要测量其平均功率;调幅信号（如图2）的功率与其调制深度有关，而脉冲信号的特性是以脉冲宽度和占空比来表达。对于以上这些模拟或模拟调制信号，射频功率测量所关心的基本上都是平均功率和峰值功率。 而现在，特别是20世纪90年代以后，数字通信开始快速发展，射频功率测量的重点也开始有些变化。因为数字调制信号（如图3）的包络无规律可循，其最大和最小电平会随机变化，而且变化量很大。为了描述这类信号的特征，引入了一些新的描述方法，如领道功率，突发功率，通道功率等。很多传统的功率计已经无法满足数字信号功率的测量要求，一部分功率测量的任务已经开始由频谱分析仪来完成。 下面我们介绍常见的几种射频功率测量方法，在此之前我们还需要明确一件事在频域测试测量中，为什么习惯以功率来描述信号强度，而不是像时域测试测量中常用的电压和电流？那是因为在射频电路中，由于传输线上存在驻波，电压和电流失去了唯一性，所以射频信号的大小一般用功率来表示，国际通用的功率单位为W，mW，dBm。 频谱分析仪和功率计都是可以测量射频功率的，其中功率计又分为吸收式功率计与通过式功率计两种。 同样是功率测量，不同的测试仪器和测试方法所关注的重点是不同的。 射频功率的测量方法： 频谱分析仪测量吸收式功率测量通过式功率测量
射频和微波开关测试系统基础
射频和微波开关测试系统基础 无线通信产业的巨大成长意味着对于无线设备的元器件和组件的测试迎来了大爆发，包括对组成通信系统的各种RF IC 和微波单片集成电路的测试。这些测试通常需要很高的频率，普遍都在GHz范围。本文讨论了射频和微波开关测试系统中的关键问题，包括不同的开关种类，RF开关卡规格，和有助于测试工程师提高测试吞吐量并降低测试成本的RF开关设 计中需要考虑的问题。 射频开关和低频开关的区别 将一个信号从一个频点转换到另一个频点看起来挺容易的，但要达成极低的信号损耗该如何实现呢？设计低频和直流(DC)信号的开关系统都需要考虑它们特有的参数，包括接触电位、 建立时间、偏置电流和隔离特性等。 高频信号，与低频信号类似，需要考虑其特有的参数，它们会影响开关过程中的信号性能，这些参数包括VSWR（电压驻波比）、插入损耗、带宽和通道隔离等等。另外，硬件因素，比如端接、连接器类型、继电器类型，也会极大的影响这些参数。 开关种类和构造 继电器内的容性是限制开关的信号频率的常见因素。继电器的材料和物理特性决定了其构成的内部电容。比如，在超过40GHz的射频和微波开关中，在机电继电器中采用了特殊的接触架构来获得更好的性能。图1显示了一个典型的构造，共同端接位于两个开关端接之间。所有信号的连接线路都是同轴线，来保证最佳的信号完整性（SI）。在这种情况下，连接器是SMA母头。对于更加复杂的开关结构，共同端接被各个开关端接以放射状围绕。 一系列复杂的开关拓扑在RF开关中得以采用。矩阵式开关可以实现每个输入与每个输出的连接。有两种类型的矩阵在微波开关架构中得以采用——blocking和non-blocking架构。一个blocking矩阵可将任意一个输入和任意一个输出进行连接，因此其他的输入和输出就不能同时连接。这对只需在一个时刻切换到一个信号频率的应用是一个有效的低成本方案，信号完整性也更好，因为有更少的继电器路径，特别是避免了相位延迟的问题。而non-blocking 矩阵允许多个路径的同时连接，这种架构具有更多的继电器和线缆，因此灵活性更强，不过 价格也更高。 层叠开关架构是多位置开关的一种替代形式。它采用多个继电器将一个输入连接到多个输出。路径长度（同时决定了相位延迟）是由信号经过的继电器的数量决定的。 树形架构是层叠开关架构的一种替代。相比层叠架构，对于同等规格的系统，树形技术需要更多的继电器，然而，选定的路经和其他不用的路经之间的隔离会更好，这样降低了继电器和通道之间的crosstalk。树形架构具备一些优势，包括无端接残余（unterminated stubs），各个通道特性也会相似。然而，在选定路经上具有多个继电器意味着损耗会更大，信号完整性 也令人堪忧。 RF开关卡架构 在测试仪器主机上的RF开关卡应用中，为保证信号完整性，需要理解许多电性能指标。
射频测量指标参数
射频指标 1）频率误差 定义:发射机的频率误差是指测得的实际频率与理论期望的频率之差。它是通过测量手机的I/Q信号并通过相位误差做线性回归，计算该回归线的斜率即可得到频率误差。频率误差是唯一要求在衰落条件下也要进行测试的发射机指标。 测试目的:通过测量发射信号的频率误差可以检验发射机调制信号的质量和频率稳定度。频率误差小，则表示频率合成器能很快地切换频率，并且产生出来的信号足够稳定。只有信号频率稳定，手机才能与基站保持同步。若频率稳定达不到要求（±0.1ppm），手机将出现信号弱甚至无信号的故障，若基准频率调节范围不够，还会出现在某一地方可以通话但在另一地方不能正常通话的故障。 条件参数: GSM频段选1、62、124三个信道，功率级别选最大LEVEL5；DCS频段选512、698、885三个信道，功率级别选最大LEVEL0进行测试。GSM频段的频率误差范围为+90HZ ——-90HZ，频率误差小于40HZ时为最好，大于40HZ小于60HZ时为良好，大于60HZ 小于90HZ时为一般，大于90HZ时为不合格；DCS频段的频率误差范围为+180HZ——-180HZ，频率误差小于80HZ时为最好，大于80HZ小于100HZ时为良好，大于100HZ小于180HZ时为一般，大于180HZ时为不合格。 2)相位误差 定义:发射机的相位误差是指测得的实际相位与理论期望的相位之差。理论上的相位轨迹可根据一个已知的伪随机比特流通过0.3 GMSK脉冲成形滤波器得到。相位轨迹可看作与载波相位相比较的相位变化曲线。连续的1将引起连续的90度相位的递减，而连续的0将引起连续的90度相位的递增。 峰值相位误差表示的是单个抽样点相位误差中最恶略的情况，而均方根误差表示的是所有点相位误差的恶略程度，是一个整体性的衡量。 测试目的:通过测试相位误差了解手机发射通路的信号调制准确度及其噪声特性。可以看出调制器是否正常工作，功率放大器是否产生失真，相位误差的大小显示了I、Q数位类比转换器和高斯滤波器性能的好坏。发射机的调制信号质量必须保持一定的指标，才能当存在着各种外界干扰源时保持无线链路上的低误码率。 测试方法:在业务信道（TCH）激活PHASE ERROR即可观测到相位误差值。测试时通过综合测试仪MU200产生比特流进行调制后送给手机，并指令手机处于环回模式。然后去捕捉手机的一个突发信号，对其进行均匀相位抽样，抽样周期为调制信号周期的1/2，最后根据抽样的正常突发中的样点计算出相位轨迹和误差。 测试条件:GSM频段选1、62、124三个频道，功率级别选最大LEVEL5；DCS频段选512、
射频功率测量电路设计
射频功率测量电路设计 近年来，随着3G 技术的快速发展，在进行通信系统设计时，射频功率的 控制和测量十分重要。本文以美国ADI 公司的AD8318 单片射频功率测量芯片为核心，设计了基于对数放大器检测方法的射频功率测量电路，该方法具有动 态范围大，频率范围广，精度高和温度稳定性好的特点。 1 测量原理 射频功率测量方法有多种多样，其中对数放大器检测法是射频测量的主要方 向之一，下面从对数放大器内部结构进行分析，研究对数放大检测器如何检测 射频信号。 射频信号检测的实质是如何实现将功率信号无失真地转换成电压信号，而这 个转换工作则由对数放大检测器来完成，因此，对数放大检测器是射频测量的 关键。它的核心是对数放大器，对数放大器之间采用直接耦合方式，分成N 级，每级由对数放大器和检波器组成。每级的输出送到求和器，由求和输出经低通 滤波器后得到一个电压信号。N 一般取值为5～9 级，级数越多，单级增益越小，则输出特性曲线越趋向于线性，这里以5 级为例进行分析，具体电路如图 1 所示。 该对数放大检测器的传递函数为：U0=Ks(Pin-b) (1)式中：b 为截距；Ks 为对数检测器的斜率，是一个常数；Pin 是输入信号的功率。在一定的动态范围内，可通过Matlab 仿真软件得到对数放大器的特性曲线，如图2 所示。 从图2 可知，线性动态范围约为-3～67 dBm，在此范围内，输出电压与输入功率之间呈线性关系。图2 的横坐标是输入信号的功率，纵坐标为输出电压和 误差值。在坐标系上作图可知，该特性曲线的斜率约为18 mV／dB，截距约为93 dBm，已知输入信号的情况下，可根据式(1)得到输出电压的大小。若输入信
射频功率的快速测量法
射频功率的快速测量法 作者：Joshua Israelsohn RF（射频）电磁场中充满着音乐的喧闹声和电话交谈、寻呼信号、电子邮件和因特网业务的各种嘈杂声。RF零部件、RF系统以及对RF功率测量的需求正扩大到传统的话音通信、无线局域网(WLAN)、码分多址(CDMA)和第三代移动通信(G3)手机以及长途电话费电子收费系统等各种应用领域。 便携式RF产品的激增引发对RF功率测量的极大改进。在模拟RF链路方面，沿用了几十年的传统的测量方法仍在使用。但是如果采用现代化的功率计进行这种测量时，测试人员就会发现，在进行数据记录或数据分析时，现代的更简单的传感器和计量器标定、更容易的传感器更换和计算机接口对测量RF功率更为精确、便捷。现代化的RF功率计也更小、更轻，在某些情况下还可以用电池供电，从而使野外测量像在实验室一样简单而精确。 数字RF链路，特别是采用扩频调制技术的数字RF链路，已向传统的测量方法发出了挑战。基于处理器的RF功率计能够进行数字链路测量，而以前用分析仪进行这种测量，成本是现在的2～5倍。同时，最复杂的数字RF技术，如CDMA(码分多址)代表未来的发展方向：即制造商必须将RF功率测量能力置入无线手机和基站，使之作为RF链路控制的组成部分。这样做将可以有效地利用RF信道利用率，并获得优良的话音质量。 测量方法 测量RF功率有许多好的方法。因频段、功率电平和所测信号的调制技术以及精度、范围和成本不同，测量的方法也不尽相同。对于传统的模拟信号而言，RF功率测量，无论是测量均方根值（rms）还是最大值，都是十分简便的。 大多数概念性的简单方法采用热电传感器来测量(见图1、参考文献1)。这种方法最接近于直接实现均方根值功率的数学定义：交流信号的加热能力与直流信号的加热能力的比较。这里，缓冲放大器采用与RF输入信号一样的信号激励加热部件。加热部件的热量与温度传感器（一般用热电耦）密切相关，但两者在电气上是隔离开的。伺服放大器以平衡方式激励相匹配的一对加热器/传感器，直至直流伺服器传递的功率与输入的RF信号的功率相等为止。 输出电压与输入电压的均方根值相等。因此，用户可以利用附加电路在模拟域计算信号功率，方法是：在显示之前，信号仍在数字域，则附加电路的数据流为：PRF=Vo2/R，其中PRF表示RF功率，Vo表示传感器的输出电压，R表示加热器电阻。 这种测量的主要误差来源是加热器的绝对电阻、匹配和温度系数的公差。因为绝对电阻表示为功率计算的换算因子，用户必须按照特定的探测器示例标定平方函数。热电耦的匹配和热传递(从一个单元到另一个单元，或从一种环境到另一种环境，或两个单元之间)会增加误差预算。幸运的是，传感器的精心设计能够使单元之间的热串扰减少到最小，而且传感器设计或功率计接口可包括环境补偿或校准。现有的商用传感器，与小型半敞开式（benchtop）或手持式功率计一起，能够使所有的误差变小，并有利于精密测量。 热电型RF传感器的一个优点是，它能独立地正确计算波峰因子的均方根值（附文"波峰余值"）。而缺点是，热电传感器反应速度较慢，且反应时间不可调，这是由于这种传感器是利用热机械原理而不是利用热电原理决定的。 另一方面，二极管传感器正好使这两种特性颠倒(图2)。峰值检测器、二极管传感器能从根本上显示可调整的电气动态特性，但要求波峰因子补偿。如果用户使用已知的测试信号，或良好的波峰因子估算方法，而且知道传感器和功率计提供哪样的波峰因子补偿，那么这一特性就会使二极管传感器既相当便宜又非常精确。除速度更快和反应时间电气可调节外，二极管检测器可使噪声降低3个数量级，但这些检测器常常局限于300mW的小信号测量。 在热电和二极管传感器之间，市售的小型功率计能够适应各种信号频率、动态范围和复杂的
射频功率放大器实时检测的实现
射频功率放大器实时检测的实现 广播电视发射机是一个综合的电子系统，它不仅包括无线发射视音频通道，而且还包括通道的检测和自动控制电路，因此在设计时，它除了必须保证无线通道的技术指标处于正常范围外，还必须设计先进的取样检测和保护报警等电路，以确保发射机工作正常，从而实现发射机在线自动监测和控制。近年来，随着大功率全固态电视发射机多路功率合成技术的发展，越来越多的厂家采用模块化结构设计，因此单个功率放大器模块是整个发射机的基本测单元，本文就着重讨论单个模块的检测和控制电路，从而实现发射机在线状态自动监测。 一、工作原理 在功放模块中，主要检测和控制参数为电源电压，各放大管的工作电流，输出功率，反射功率，过温度和过激励保护等，图1为实现上述检测控制功能的方框图，它由取样放大电路，V/F变换，隔离电路，F/V变换，A/D转换，AT89C51，显示电路和输出保护电路等组成。 1、隔离电路 在功放模块中，由于大功率器件的应用，往往单个模块的输出功率都比较大，因而对小信号存在较大的高频干扰，如处理不好，就会影响后级模数转换电路工作，从而导致检测数据不准确，显示数据跳动的现象，甚至出现误动作。这里采用光电耦合器进行隔离，由于光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，从而将模拟电路和数字电路完全隔离，保障系统在高电压、大功率辐射环境下安全可靠地工作。 2、LM331频率电压转换器
V/F变换和F/V变换采用集成块LM331，LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。同时它动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。 图2是由LM331组成的电压频率变换电路，LM331内部由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL和CMOS等不同的逻辑电路。 当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻R2对电容C2充电。当电容C2两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R－S触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C2通过复零晶体管迅速放电；电子开关使电容C3对电阻R3放电。当电容C3放电电压等于输入电压Vi时，输入比较器再次输出高电平，使R－S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压－频率变换。其输入电压和输出频率的关系为：fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2) 由式知电阻R2、R3、R4、和C2直接影响转换结果f0，因此对元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电阻R1和电容C1组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。 同样，由LM331也可构成频率－电压转换电路。
射频功率放大器的主要技术指标
射频功率放大器是各种无线发射机的主要组成部分。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如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率后，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。 射频功率放大器电路设计需要对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题进行综合考虑。 射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，是研究射频功率放大器的关键。而对功率晶体管的要求，主要是考虑击穿电压、最大集电极电流和最大管耗等参数。 为了实现有效的能量传输，天线和放大器之间需要采用阻抗匹配网络。 3.1.1输出功率 在发射系统中，射频末级功率放大器输出功率的范围可小到毫瓦级（便携式移动通信设备）、大至数千瓦级（发射广播电台）。 为了要实现大功率输出，末级功率放大器的前级放大器单路必须要有足够高的激励功率电平。显然大功率发射系统中，往往由二到三级甚至由四级以上功率放大器组成射频功率放大器，而各级的工作状态也往往不同。 根据对工作频率、输出功率、用途等的不同要求，可以用晶体管、FET 、射频功率集成电路或电子管作为射频功率放大器。 在射频功率方面，目前无论是在输出功率或在最高工作频率方面，电子管仍然占优势。现在已有单管输出功率达2000kW 的巨型电子管，千瓦级以上的发射机大多数还是采用电子管。 当然，晶体管、FET 也在射频大功率方面不断取得新的突破。例如，目前单管的功率输出已超过100W ，若采用功率合成技术，输出功率可以达到3000W 。 3.1.2效率 效率是射频功率放大器极为重要的指标，特别是对于移动通信设备。定义功率放大器的效率，通常采用集电极效率?c 和功率增加效率PAE 两种方法。 1. 集电极效率?c 集电极效率?c 定义为输出功率P out 与电源供给功率P dc 之比，即 dc out p P =c η （3.1.1） 2.功率增加效率（PAE ，power added efficiency ） 功率增加效率定义为输出功率P out 与输入功率P in 的差于电源供给功率P dc 之比，即 c p dc in out PAE A P P P PAE ηη)11(-=-== （3.1.2） 功率增加效率PAE 的定义中包含了功率增益的因素，当有比较大的功率增益。 如何提高输出功率和保证高的效率，是射频功率放大器设计目标的核心。 3.1.3线性 ? 衡量射频功率放大器线性度的指标有三阶互调截点（IP3）、1dB 压缩点、谐波、邻道功率比等。邻道功率比衡量由放大器的非线性引起的频谱再生对邻道的干扰程度。 ? 由于非线性放大器的效率高于现行放大器的效率，射频功率放大器通常采用非线性放大器。但是分线性放大器在放大输入信号的放大的同时会产生一系列的有害影响。 ? 从频谱的角度看，由于非线性的作用，输出信号中会产生新的频率分量，如三阶互调分 量、五阶互调分量等，它干扰了有用信号并使被放大的信号频谱发生变化，即频带展宽了。
射频与微波技术知识点总结
射频/微波的特点: 1.频率高 2.波长短 3.大气窗口 4.分子谐振 微波频率：300MHz-3000GHz 波长：0.1mm-1m 独特的特点：RF/MW 的波长与自然界物体尺寸相比拟 在RF/MW 波段，由于导体的趋肤效应、介质损耗效应、电磁感应等影响，期间区域不再是单纯能量的集中区，而呈现分布特性。 长线概念：通常把RF/MW 导线（传输线）称为长线，传统的电路理论已不适合长线！ RF/MW 系统的组成： 传输线：传输RF/MW 信号 微波元器件：完成微波信号的产生、放大、变换等和功率的分配、控制及滤波 天线：辐射或接收电磁波 微波、天线与电波传播的关系：（简答） 微波： 对象：如何导引电磁波在微波传输系统中的有效传输 目的：希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射的传输； 天线 任务：将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波 作用：1.有效辐射或接收电磁波；2.把无线电波能量转换为导行波能量 电波传播 分析和研究电波在空间的传播方式和特点 常用传输线机构：矩形波导 共面波导 同轴线 带状线 微带线 槽线 分析方法 称为传输线的特性阻抗 特性阻抗Z0通常是个复数, 且与工作频率有关。 它由传输线自身分布参数决定而与负载及信源无关, 故称为特性阻抗 对于均匀无耗传输线, R=G=0, 传输线的特性阻抗为 此时, 特性阻抗Z0为实数, 且与频率无关。 常用的平行双导线传输线的特性阻抗有250Ω, 400Ω和600Ω三种。 常用的同轴线的特性阻抗有50 Ω 和75Ω两种。 均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗及工作频率有关, 且一般为复数, 故不宜直接测量。 无耗传输线上任意相距λ /2处的阻抗相同, 一般称之为λ /2重复性。 传输线上电压和电流以波的形式传播, 在任一点的电压或电流均由沿-z 方向传播的行波（称为入射波）和沿+z 方向传播的行波（称为反射波）叠加而成。 传播常数γ: α为衰减常数, 单位为dB/m β为相移常数 对于均匀无耗传输线来说, 由于β与ω成线性关系, 故导行波的相速与频率无关, 也称为无色散波。当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速υp 与频率ω有关,这就称为色散特性。 定义传输线上任意一点 z 处的反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）之比为电压（或电流）反射系数(越小越好) 当Zl=Z0时, Γl=0, 即负载终端无反射, 此时传输线上反射系数处处为零, 一般称之为负载匹配。而当Zl ≠Z0时, 负载端就会产生一反射波, 向信源方向传播, 若信源阻抗与传输线特性阻抗不相等时, 则它将再次被反射。 定义传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比为电压驻波比, 用ρ表示： 0L Z C =)j /()j (0C G L R Z ωω++=βωωγj )j )(j (+=++≈a C G L R min max U U =ρ
射频功率计基础知识
功率计三种分类详解 功率计是测量电功率的仪器。搞射频微波的各位亲们相比不陌生，功率计基本上也是和信号源、频谱仪、网络分析仪并行的几个大件之一，当然没有前面几个大哥那么昂贵 图1 功率测量仪器的组成 功率计分类 一、按照连接方式分类 射频或微波功率计按照在测试系统中的连接方式不同，又可分为：终端式和通过式两种。 终端式功率计把功率计探头作为测试系统的终端负载，功率计吸收全部待测功率，由功率指示器直接读取功率值。由于需要吸收全部入射功率，终端式功率计常用于测试小信号。 终端式功率计有如下特点： （1）在常见的射频和微波功率测量仪器中，终端式功率计的幅度测量精度是最高的，超越了频谱仪或者信号分析仪，典型测量精度可以达到±1.6%. （2）不能测量大功率。通常上限为+20dBm，下限为-60dBm左右。 （3）可以测量各种调制信号的平均功率、峰值功率、突发功率等。 通过式功率计，它是利用某种耦合装置，如定向耦合器、耦合环、探针等从传输的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率计度量，传输的总功率等于功率计指示值乘以比例系数。通过式功率计的业内先驱是Bird，射频微波的老人应该都知道。下图就是典型的通过式功率计的原理框图：
图2. 通过式功率计的原理框图 通过式功率计的主要特点; （1）通过式功率计具有大功率测量能力。理论上来说，只要传输线可以通过的功率，通过式功率计都可以测量。所以广电上动辄上千瓦的功率，都是由通过式功率计来测量的。 （2）通过式功率计很难做到宽带，这是由于里面的定向耦合器的限制。 （3）由于定向耦合器的耦合度存在，通过式功率计不能用于太小的功率测量。这个和终端式功率计正好各有所长。 二、按照灵敏度和测量范围分类 射频或微波功率计按灵敏度和测量范围分类，可以分为测热电阻型功率计、热电偶型功率计、量热式功率计、晶体检波式功率计。 测热电阻型功率计使用热变电阻做功率传感元件。热变电阻值的温度系数较大。被测信号的功率被热变电阻吸收后产生热量，使其自身温度升高，电阻值发生显著变化，利用电阻电桥测量电阻值的变化，显示功率值。 热电偶型功率计热电偶型功率计中的热偶结直接吸收高频信号功率，结点温度升高，产生温差电势，电势的大小正比于吸收的高频功率值。这种功率计的测量精度比较高，一般用于比较精确的功率测量。
(完整版)射频功率放大器的发展现状
1.1 研究背景 随着人类社会进入信息化时代，无线通信技术有了飞速的发展，从手机，无线局域网，蓝牙等，到航空航天宇宙探测，已经深入到当今社会生活的各个方面，成为社会生活和发展不可或缺的一部分。无线通信设备由最初体积庞大且功能单一的时代，发展到如今的口袋尺寸，方寸之间集成了各类功能强大的电路。这些翻天覆地的变化，都离不开射频与微波技术的支持。而急速增长的应用需求又促使着射频微波领域不断的研究，更新换代。快速的发展使得射频微波领域的研究进入了白热化阶段，而在几乎所有的射频与微波系统中，都离不开信号的放大，射频与微波功率放大器作为系统中功耗最大，产生非线性最强的模块，它的性能将直接影响系统性能的优劣，由于其在射频微波系统中的突出位置，功率放大器的研究也成为射频微波领域研究的一个十分重要的方向[1]。 功率放大器作为射频微波系统中最重要的有源模块，其理论方面已经十分成熟。 A 类、 B 类、 C 类、 D 类、AB 类、E/I E 类、F/I F 类、Doherty等各类功率放大器也已经成功应用到各个领域。 1.2射频功率放大器的发展现状 射频功率放大器的核心器件为其功率元器件——晶体管，它是一种非线性三端口有源半导体器件，它的放大作用，并不是晶体管能凭空产生能量，使能量放大，而是完全由集电极(BJT)或漏极(FET)电源的直流功率转换而来的。晶体管只是起到了一种控制作用，即用比较小的信号去控制直流电源产生随小信号变化的大信号，从而把电源的直流功率转换成为负载上的信号功率。功率放大器的理论知识发展已经十分完善，其面临的更多是一些工程的问题。所以，射频功率放大器性能的提升主要来自于晶体管性能的提升，即半导体技术的发展，和放大器本身电路形式的改进。根据晶体管所用的半导体材料的不同，可以大体将其分为三个不同的发展阶段。第一代半导体材料以硅(Si)和锗( Ge)等元素半导体为主。第二代半导体材料以砷化镓(GaAs)、磷化铟( InP)、锗硅(SiGe)等化合物半导体为代表，相比于第一代半导体材料，其禁带更宽、 1
微波技术基础
摘要 本文主要介绍了微波的基础知识，在第一章中介绍了微波的概念、基本特点以及微波在民用和军事上的应用，在第二章中介绍了微波传输线理论，主要介绍了TE型波的理论和传输特性。 10 This paper describes the basics of microwave in the microwave first chapter introduces the concept of the basic characteristics and microwave in the civilian and military applications, in the second chapter describes the microwave transmission line theory, introduces the theory and the type of wave Transmission characteristics.
微波技术基础 第一章微波简介 1.1 什么是微波 微波是频率非常高的电磁波，就现代微波理论的研究和发展而论，微波是指频率从GHz 300的电磁波，其相应的波长从1m~0.1mm，这段电磁频谱包~ MHz3000 括分米波（频率从300MHz~3000MHz），厘米波（频率从3GHz~30GHz），毫米波（频率从30GHz~300GHz）和亚毫米波（频率从300GHz~3000GHz）四个波段。 下图为电磁波谱分布图： 1.2微波的基本特点 1.似光性和似声性 微波波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体的尺寸相当或小的多，当微波辐射到这些物体上时，将产生显著地反射、折射，这和光的反射折射一样。同时微波的传播特性也和几何光学相似，能够像光线一样直线传播和容易集中，即具有似光性。这样利用微波就能获得方向性极好、体积小的天线设
三种射频功率测量方法
三种射频功率测量方法 自从第一台无线电发射机诞生之日起，工程师们就开始关心射频功率测量问题，直到今天依然是个热门话题。无论是在实验室、产线，还是教学中，功率测量都是必不可少的。 在无线电发展初期，测试工程师所面对的大多数是连续波、调幅、调频、调相或脉冲信号，这些信号都是有规律可循的。例如，连续波(如图1)调频或调相信号的功率测量都是很简单，只需要测量其平均功率;调幅信号(如图2)的功率与其调制深度有关，而脉冲信号的特性是以脉冲宽度和占空比来表达。对于以上这些模拟或模拟调制信号，射频功率测量所关心的基本上都是平均功率和峰值功率。 而现在，特别是20世纪90年代以后，数字通信开始快速发展，射频功率测量的重点也开始有些变化。因为数字调制信号(如图3)的包络无规律可循，其最大和最小电平会随机变化，而且变化量很大。为了描述这类信号的特征，引入了一些新的描述方法，如领道功率、突发功率、通道功率等。很多传统的功率计已经无法满足数字信号功率的测量要求，一部分功率测量的任务已经开始由频谱分析仪来完成。
下面我们介绍常见的几种射频功率测量方法，在此之前我们还需要明确一件事——在频域测试测量中，为什么习惯以功率来描述信号强度，而不是像时域测试测量中常用的电压和电流?那是因为在射频电路中，由于传输线上存在驻波，电压和电流失去了唯一性，所以射频信号的大小一般用功率来表示，国际通用的功率单位为W、mW、dBm。 频谱分析仪和功率计都是可以测量射频功率的，其中功率计又分为吸收式功率计与通过式功率计两种。 同样是功率测量，不同的测试仪器和测试方法所关注的重点是不同的。 射频功率的测量方法有三种： 频谱分析仪测量； 吸收式功率测量； 通过式功率测量。 1. 频谱分析仪测量 频谱分析仪(以下简称频谱仪)是一种基础的频域测试测量仪器，图4为采用数字中频技术频谱仪的基本工作原理。被测信号经过低通滤波器后进入混频器，与同时进入混频器的本地振荡器信号进行混频。由于混频器是非线性器件，所以会产生互调信号，落入滤波器的信号经过ADC，再依次进入中频滤波器，包络检波器，视频滤波器，视频检波器，最后将轨迹显示在屏幕上。 在进行射频功率参数测量时，频谱仪具有以下特点：
射频功放设计
基于ADS的射频功率放大器仿真设计 1.引言 各种无线通信系统的发展，如GSM、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX和Wi-Fi，大大加速了半导体器件和射频功放的研究过程。射频功放在无线通信系统中起着至关重要的作用，它的设计好坏影响着整个系统的性能。因此，无线通信系统需要设计性能优良的放大器。而且，为了适应无线系统的快速发展，产品开发的周期也是一个重要因素。另外，在各种无线系统中由于采用了不同调制类型和多载波信号，射频工程师为减小功放的非线性失真，尤其是设计无线基站应用的高功率放大器时面临着巨大的挑战。采用Agilent ADS 软件进行电路设计可以掌握设计电路的性能，进一步优化设计参数，同时达到加速产品开发进程的目的。功放（PA）在整个无线通信系统中是非常重要的一环，因为它的输出功率决定了通信距离的长短，其效率决定了电池的消耗程度及使用时间。 2.功率放大器基础 2.1功率放大器的种类 根据输入与输出信号间的大小比例关系，功放可以分为线性放大器与非线性放大器两种。输入线性放大器的有A、B、AB类；属于非线性放大器的则有C、E 等类型的放大器。 （1）A类：其功率器件再输入信号的全部周期类均导通，但效率非常低，理想状态下效率仅为50%。 （2）B类：导通角仅为180°，效率在理想状态下可达到78%。 （3）AB类：导通角大于180°但远小于360°。效率介于30%~60%之间。 （4）C类：导通角小于180°，其输出波形为周期性脉冲。理论上，效率可达100%。 （5）D、E类：其原理是将功率器件当作开关使用。 设计功放电路前必须先考虑系统规格要求的重点，再来选择电路构架。对于射频功放，有的系统需要高效率的功放，有些需要高功率且线性度佳的功放，有些需要较宽的操作频带等，然而这些系统需求往往是相互抵触的。例如，B、C、E类构架的功率放大器皆可达到比较高的效率，但信号的失真却较为严重；而A
射频功率放大器
射频功率放大器 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。 目录 一、什么是射频功率放大器 二、射频功率放大器技术指标 三、射频功率放大器功能介绍 四、射频功率放大器的工作原理 五、射频放大器的芯片 六、射频功率放大器的技术参数 七、射频放大器的功率参数 八、射频功率放大器组成结构 九、射频功率放大器的种类 正文
一、什么是射频功率放大器 射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 射频功率放大器是对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题作综合考虑的电子电路。在发射系统中，射频功率放大器输出功率的范围可以小至mW，大至数kW，但是这是指末级功率放大器的输出功率。为了实现大功率输出，末前级就必须要有足够高的激励功率电平。 射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，是研究射频功率放大器的关键。而对功率晶体管的要求，主要是考虑击穿电压、最大集电极电流和最大管耗等参数。为了实现有效的能量传输，天线和放大器之间需要采用阻抗匹配网络。 二、射频功率放大器技术指标 1、工作频率范围 一般来讲，是指放大器的线性工作频率范围。如果频率从DC开始，则认为放大器是直流放大器。 2、增益
工作增益是衡量放大器放大能力的主要指标。增益的定义是放大器输出端口传送到负载的功率与信号源实际传送到放大器输入端口的功率之比。 增益平坦度，是指在一定温度下，整个工作频带范围内放大器增益的变化范围，也是放大器的一个主要指标。 3、输出功率和1dB压缩点(P1dB) 当输入功率超过一定量值后，晶体管的增益开始下降，最终结果是输出功率达到饱和。当放大器的增益偏离常数或比其他小信号增益低1dB时，这个点就是大名鼎鼎的1dB压缩点(P1dB)。一般说放大器的功率容量，就是拿1dB压缩点来表示的了。 4、效率 由于功放是功率元件，需要消耗供电电流。因此功放的效率对于整个系统的效率来讲极为重要。 功率效率是功放的射频输出功率与供给晶体管的直流功率之比。 ηp=射频输出功率/直流输入功率 5、交调失真(IMD) 交调失真是指具有不同频率的两个或者更多的输入信号通过功率放大器而产生的混合分量。这是由于功放的非线性特质造成的。
射频功率放大器(RF PA)概述
基本概念 射频功率放大器(RF PA)是发射系统中的主要部分，其重要性不言而喻。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（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。在调制器产生射频信号后，射频已调信号就由RF PA将它放大到足够功率，经匹配网络，再由天线发射出去。 放大器的功能，即将输入的内容加以放大并输出。输入和输出的内容，我们称之为“信号”，往往表示为电压或功率。对于放大器这样一个“系统”来说，它的“贡献”就是将其所“吸收”的东西提升一定的水平，并向外界“输出”。如果放大器能够有好的性能，那么它就可以贡献更多，这才体现出它自身的“价值”。如果放大器存在着一定的问题，那么在开始工作或者工作了一段时间之后，不但不能再提供任何“贡献”，反而有可能出现一些不期然的“震荡”，这种“震荡”对于外界还是放大器自身，都是灾难性的。 射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，如何提高输出功率和效率,是射频功率放大器设计目标的核心。通常在射频功率放大器中，可以用LC谐振回路选出基频或某次谐波，实现不失真放大。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。 分类 根据工作状态的不同，功率放大器分类如下：
传统线性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。 开关型功率放大器（Switching Mode PA,SMPA)，使电子器件工作于开关状态，常见的有丁（D）类放大器和戊（E）类放大器，丁类放大器的效率高于丙类放大器。SMPA将有源晶体管驱动为开关模式，晶体管的工作状态要么是开，要么是关，其电压和电流的时域波形不存在交叠现象，所以是直流功耗为零，理想的效率能达到100%。 传统线性功率放大器具有较高的增益和线性度但效率低，而开关型功率放大器具有很高的效率和高输出功率，但线性度差。具体见下表： 电路组成 放大器有不同类型，简化之，放大器的电路可以由以下几个部分组成：晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路。