單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計(jì)分析

楊陽

摘? 要：無線通信是現(xiàn)代社會信息化發(fā)展的重要組成部分，通過商用通信以及民用通信的技術(shù)發(fā)展，充分滿足了不同產(chǎn)業(yè)的信息傳輸需求。針對單片集成射頻微波功率放大器的電力結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)特點(diǎn)，總結(jié)單片集成射頻微波功率放大器以及開關(guān)設(shè)計(jì)的方案，旨在通過設(shè)計(jì)方法以及射頻公路模塊的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，以供參考。

關(guān)鍵詞：單片集成射頻微波;功率放大器;開關(guān);設(shè)計(jì)

中圖分類號 ：TM03? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

單片集成射頻微波功率放大器通常被運(yùn)用于無線通信以及無線電系統(tǒng)中，其中無線發(fā)射機(jī)作為主體部分，將微波用于手機(jī)等終端系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，滿足線性度的設(shè)計(jì)需求。微波功放系統(tǒng)主要包括功率MOSFET、GaAs MESFET以及SiGe HBT 晶體管等，若將這些系統(tǒng)作為集成電路，可以結(jié)合單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及電力設(shè)計(jì)模式進(jìn)行總結(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)工藝的處理效率，降低系統(tǒng)的運(yùn)行難度。因此，該研究對單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行總結(jié)，通過對功放效率、線性度以及性能指標(biāo)的總結(jié)，研究具體的技術(shù)方案，方法如下。

1 射頻微波功率放大器

射頻微波功率放大器是無線發(fā)射機(jī)中較為重要的組成部分，將其運(yùn)用于射頻信號的功率放大系統(tǒng)中，可以通過信號的處理更好地發(fā)射信號，增強(qiáng)信息處理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?。在射頻微波功率放大器的使用過程中，應(yīng)該滿足輸出功率的基本需求，確定小信號和大信號之間的區(qū)別，增強(qiáng)信號模型處理的有效性。在電路分析中，射頻公路放大器在工作時(shí)具有低電壓以及大電流的特點(diǎn)，所以，在設(shè)計(jì)射頻微波功率放大器時(shí)，應(yīng)該對這一問題進(jìn)行改進(jìn)。在功率放大器中，若按照工作狀態(tài)進(jìn)行劃分，可以將其分為線性功率放大器以及非線性功率放大器，其中，功率放大器中最重要的指標(biāo)是輸出功率以及輸出功效，為了保證無線通信處理的有效性，應(yīng)該對射頻微波功率放大器進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

2 射頻微波功率放大器設(shè)計(jì)中所面臨的問題

在射頻微波功率放大器設(shè)計(jì)的過程中，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與材料、工藝存在關(guān)聯(lián)，所以，在射頻微波功率放大器的芯片設(shè)計(jì)中，所遇到的問題主要體現(xiàn)在2個方面。1）在射頻微波功率放大器設(shè)計(jì)中，通常會選擇CMOS的工藝頻率使用方法，這種技術(shù)的工藝成本低，將其運(yùn)用于特殊工藝系統(tǒng)中，可以增強(qiáng)高頻性能系統(tǒng)使用的整體效率，增加工藝費(fèi)用的支出。2）在高效率以及高線性度功率放大器的設(shè)備運(yùn)行中，存在發(fā)生功率較低的問題，為了保證終端產(chǎn)品的正常運(yùn)行，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)無線通信系統(tǒng)，通過多種方案的調(diào)試，調(diào)整功率放大器線性，所以，在射頻微波功率放大器及開關(guān)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該及時(shí)認(rèn)識到工藝尺寸小以及電流密度承受低等問題，明確射頻芯片的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提高射頻微波功率放大器設(shè)計(jì)的整體水平。

3 單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計(jì)

3.1 多級結(jié)構(gòu)的功率放大器

在多級結(jié)構(gòu)的功率放大器中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要包括2個部分，1種是確定每級功放的工作類型，另1種是確定幾級的功放，將這種系統(tǒng)運(yùn)用在發(fā)射機(jī)鏈路中，可以有效提高功率放大器的輸入功率、放大器的輸出功率等。在研究過程中，為了使系統(tǒng)的運(yùn)行獲得最高的功率，降低單個晶體管承受的電流強(qiáng)度，可以通過多個晶體管并聯(lián)的模式，進(jìn)行電流的分散處理，以更好地降低輸出阻抗，提高系統(tǒng)運(yùn)行的整體效率。例如，在兩級功率放大器電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過非恒包絡(luò)調(diào)制方法的運(yùn)用，可以增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。兩級功放通過導(dǎo)角大小差異的分析，確定每一層級功率的放大功能及縮小功能，時(shí)刻保持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，改善線性度的運(yùn)行狀態(tài)。而且，在發(fā)射線引入的過程中小電感會降低放大器的增益狀態(tài)，滿足放大器的運(yùn)行需求。

3.2 功率晶體管的選擇

晶體管在直流工作中，在電路輸入輸出中達(dá)到抗組的目的，雖然該種設(shè)備及工藝會遇到最大電流密度的限制，但是通過晶體管的調(diào)整，可以更好地提高輸出功率，滿足設(shè)備集成電路設(shè)計(jì)的核心需求。

3.3 偏置電路

通過對單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)的設(shè)計(jì)狀況分析，射頻電路中的直流偏置作為較為重要的內(nèi)容，再確定良好的直流偏置電路式，可以將晶體管參數(shù)以及溫度控制在合理的范圍內(nèi)，時(shí)刻保持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且在有源偏置網(wǎng)絡(luò)中，能夠更好地適用多種溫度的變化。所以，在偏置電路設(shè)定過程中，需要按照放大器的設(shè)計(jì)用途，確定偏置條件，以保護(hù)單片集成射頻微波功率放大器的使用需求。

3.4 穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)

穩(wěn)定性是放大器設(shè)計(jì)時(shí)較為重要的內(nèi)容。在射頻功率放大器的使用過程中，出現(xiàn)不穩(wěn)定性的原因與射頻電路中的非線性寄生參數(shù)存在關(guān)聯(lián)，當(dāng)系統(tǒng)受到電磁干擾，會使電路發(fā)生不同的震蕩，影響端口設(shè)計(jì)、匹配網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

在確定放大器的穩(wěn)定性過程中，應(yīng)該將條件穩(wěn)定以及絕對穩(wěn)定作為核心，首先，在條件穩(wěn)定時(shí)，需要在特定射頻的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對部分的|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的負(fù)載，應(yīng)該滿足|Γin|<1以及|Γout|<1。其次，在絕對穩(wěn)定的狀況下，主要是指某個網(wǎng)絡(luò)在一定的工作頻率狀況下，|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的負(fù)載符合|Γin|<1以及|Γout|<1，|ΓS|<1以及|ΓL|<1的基本需求。因此，在單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)使用過程中，為了保證放大器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以保證串聯(lián)反饋型的穩(wěn)定性，提高線性系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

3.5 匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

單片集成射頻微波功率放大器及開關(guān)設(shè)計(jì)中，匹配電路可以有效地解決射頻電信號的傳輸問題。其中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)作為射頻功率放大器中較為重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過公路放大器匹配網(wǎng)絡(luò)，能夠更好地進(jìn)行輸出功率、效率的系統(tǒng)整合，明確系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)。而且，在對兩級射頻公路放大器進(jìn)行匹配時(shí)，通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)以及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的綜合運(yùn)用，能夠進(jìn)行各個等級的耦合處理，提升系統(tǒng)運(yùn)行的有效性。應(yīng)該注意的是，在設(shè)計(jì)抗組匹配網(wǎng)絡(luò)中，可以利用方程計(jì)算法以及Smith圓圖方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中的Smith圓圖方法可以達(dá)到使用簡單、方便以及直觀的目的。

4 結(jié)語

由于微波功放技術(shù)具有復(fù)雜性，在單片集成功率設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該明確放大器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過兩級功率放大器的使用，對整個設(shè)計(jì)過程進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)合晶體管的合理選擇、偏置電路的設(shè)計(jì)以及穩(wěn)定設(shè)計(jì)等，對兩級功率放大器的功率以及線性度進(jìn)行系統(tǒng)分析，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，也應(yīng)該通過單片集成射頻微波功率放大器的合理設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及開關(guān)設(shè)計(jì)的科學(xué)選擇，提高射頻微波功率放大器設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的使用價(jià)值。

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