身為射頻工程師，工作多多少少都會涉及到功率放大器。功率放大器可以說是很多射頻工程師繞不過的坎。功能、分類、性能指標、電路組成、效率提升技術、發展趨勢……關于射頻功率放大器，該知道的你都知道么？

RF?PA的兩個關鍵指標：功率和線性

在RF功率放大器中，功效(PAE)定義為輸出信號功率與輸入信號功率之差與直流電源功耗的比值，即:

PAE = (PRFOUT - PRFIN)/PDC = (PRFOUT - PRFIN)/(VDC*IDC)

射頻功率放大器RF PA的功能

射頻功率放大器RF PA是發射系統中的主要部分，其重要性不言而喻。在發射機的前級電路中，調制振蕩電路所產生的射頻信號功率很小，需要經過一系列的放大 一緩沖級、中間放大級、末級功率放大級，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。功 率放大器往往是固定設備或終端的最昂貴、最耗電、效率最低的器件。

在調制器產生射頻信號后，射頻已調信號就由RFPA將它放大到足夠功率，經匹配網絡，再由天線發射出去。

發射系統框圖

放大器的功能，即將輸入的內容加以放大并輸出。輸入和輸出的內容，我們稱之為“信號”，往往表示為電壓或功率。對于放大器這樣一個“系統”來說，它的“貢 獻”就是將其所“吸收”的東西提升一定的水平，并向外界“輸出”。

這一“提升的貢獻”，即為放大器存在的“意義”所在。如果放大器能夠有好的性能，那么它 就可以貢獻更多，這才體現出它自身的“價值”。如果放大器的初始“機制設計”存在著一定的問題，那么在開始工作或者工作了一段時間之后，不但不能再提供任 何“貢獻”，反而有可能出現一些不期然的“震蕩”，這種“震蕩”，對于外界還是放大器自身，都是災難性的。

射頻功率放大器RF PA的分類

根據工作狀態的不同，功率放大器分類如下：

功率放大器的分類

射頻功率放大器的工作頻率很高，但相對頻帶較窄，射頻功率放大器一般都采用選頻網絡作為負載回路。射頻功率放大器可以按照電流導通角的不同，分為甲 （A）、乙（B）、丙（C）三類工作狀態。甲類放大器電流的導通角為360°，適用于小信號低功率放大，乙類放大器電流的導通角等于180°，丙類放大器 電流的導通角則小于180°。

乙類和丙類都適用于大功率工作狀態，丙類工作狀態的輸出功率和效率是三種工作狀態中最高的。射頻功率放大器大多工作于丙類， 但丙類放大器的電流波形失真太大，只能用于采用調諧回路作為負載諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然接近于正弦波形，失真很小。

除了以上幾種按照電流導通角分類的工作狀態外，還有使電子器件工作于開關狀態的丁（D）類放大器和戊（E）類放大器，丁類放大器的效率高于丙類放大器。

射頻功率放大器RF PA的性能指標

射頻功率放大器RF PA的主要技術指標是輸出功率與效率，如何提高輸出功率和效率,是射頻功率放大器設計目標的核心。通常在射頻功率放大器中，可以用LC諧振回路選出基頻或某次諧波，實現不失真放大。總體來說，放大器的評判大概存在著如下指標：

增益。這是輸入和輸出之間比值，代表著放大器的貢獻。好的放大器，都是在其“自身能力的范圍內”，盡可能多的貢獻出“產出”。 工作頻率。這代表著放大器對不同頻率信號的承載能力。 工作帶寬。這決定著放大器能夠在多大范圍內產生“貢獻”。

對于一個窄帶放大器來說，其自身設計即便沒有問題，但是其貢獻可能是有限的。 穩定性。每一個晶體管都存在著潛在的“不穩定區域”。放大器的“設計”需要消除這些潛在的不穩定。放大器的穩定性包括兩種，潛在不穩定和絕對穩定。

前者可 能在特定條件和環境下出現不穩定現象，后者則能夠保證在任何情況下保持穩定。穩定性問題之所以重要，是因為不穩定意味著“震蕩”，這時放大器不但影響自身，還會將不穩定因素輸出。 最大輸出功率。這個指標決定著放大器的“容量”。對于“大的系統”來說，希望他們在犧牲一定的增益的情況下能夠輸出更大的功率。

效率。放大器都要消耗一定“能量”，還實現一定的“貢獻”。其貢獻與消耗之比，即為放大器的效率。能夠貢獻更多消耗更少，就是好的放大器。 線性。線性所表征的是放大器對于大量輸入進行正確的反應。線性的惡化表示放大器在過量的輸入的狀態下將輸入“畸變”或“扭曲”。好的放大器不應該表現出這 種“畸形”的性質。

下面內容：射頻功放的電路組成、穩定和效率提升方式

射頻功率放大器RF PA的電路組成

放大器有不同類型，簡化之，放大器的電路可以由以下幾個部分組成：晶體管、偏置及穩定電路、輸入輸出匹配電路。

1、晶體管

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晶體管有很多種，包括當前還有多種結構的晶體管被發明出來。本質上，晶體管的工作都是表現為一個受控的電流源或電壓源，其工作機制是將不含內容的直流的能量轉化為“有用的”輸出。直流能量乃是從外界獲得，晶體管加以消耗，并轉化成有用的成分。一個晶體管，我們可以視之為“一個單位”。

不同的晶體管不同的“能力”，例如其承受功率的能力有區別，這也是因為其能獲取的直流能量的能力不同所致；例如其反應速度不同，這決定它能工作在多寬多高的頻帶上；例如其面向輸入、輸出端的阻抗不同，及對外的反應能力不同，這決定了給它匹配的難易程度。

2、偏置及穩定電路

偏置和穩定電路是兩種不同的電路，但因為他們往往很難區分，且設計目標趨同，所以可以放在一起討論。

晶體管的工作需要在一定的偏置條件下，我們稱之為靜態工作點。這是晶體管立足的根本，是它自身的“定位”。每個晶體管都給自己進行了一定的定位，其定位不同將決定了它自身的工作模式，在不同的定位上也存在著不同的性能表現。

有寫定位點上起伏較小，適合于小信號工作；有些定位點上起伏較大，適合于大功率輸出；有些定位點上索取較少，釋放純粹，適合于低噪聲工作；有些定位點，晶體管總是在飽和和截至之間徘徊，處于開關狀態。一個恰當的偏置點，是正常工作的礎。

穩定電路一定要在匹配電路之前，因為晶體管需要將穩定電路作為自身的一部分存在，再與外界接觸。在外界看來，加上穩定電路的晶體管，是一個“全新的”晶體管。它做出一定的“犧牲”，獲得了穩定性。穩定電路的機制能夠保證晶體管順利而穩定的運轉。

3、輸入輸出匹配電路

匹配電路的目的是在選擇一種接受的方式。對于那些想提供更大增益的晶體管來說，其途徑是全盤的接受和輸出。這意味著通過匹配電路這一個接口，不同的晶體管之間溝通更加順暢，對于不同種的放大器類型來說，匹配電路并不是只有“全盤接受”一種設計方法。

一些直流小、根基淺的小型管，更愿意在接受的時候做一定的阻擋，來獲取更好的噪聲性能，然而不能阻擋過了頭，否則會影響其貢獻。而對于一些巨型功率管，則需要在輸出時謹小慎微，因為他們更不穩定，同時，一定的保留有助于他們發揮出更多的“不扭曲的”能量。

射頻功率放大器RF PA穩定的實現方式

每一個晶體管都是潛在不穩定的。好的穩定電路能夠和晶體管融合在一起，形成一種“可持續工作”的模式。穩定電路的實現方式可劃分為兩種：窄帶的和寬帶的。

窄帶的穩定電路是進行一定的增益消耗。這種穩定電路是通過增加一定的消耗電路和選擇性電路實現的。這種電路使得晶體管只能在很小的一個頻率范圍內貢獻。另外一種寬帶的穩定是引入負反饋。這種電路可以在一個很寬的范圍內工作。

不穩定的根源是正反饋，窄帶穩定思路是遏制一部分正反饋，當然，這也同時抑制了貢獻。而負反饋做得好，還有產生很多額外的令人欣喜的優點。比如，負反饋可能會使晶體管免于匹配，既不需要匹配就可以與外界很好的接洽了。另外，負反饋的引入會提升晶體管的線性性能。

射頻功率放大器RF PA的效率提升技術

晶體管的效率都有一個理論上的極限。這個極限隨偏置點（靜態工作點）的選擇不同而不同。另外，外圍電路設計得不好，也會大大降低其效率。目前工程師們對于效率提升的辦法不多。這里僅講兩種：包絡跟蹤技術與Doherty技術。

包絡跟蹤技術的實質是：將輸入分離為兩種：相位和包絡，再由不同的放大電路來分別放大。這樣，兩個放大器之間可以專注的負責其各自的部分，二者配合可以達到更高的效率利用的目標。

Doherty技術的實質是：采用兩只同類的晶體管，在小輸入時僅一個工作，且工作在高效狀態。如果輸入增大，則兩個晶體管同時工作。這種方法實現的基礎是二只晶體管要配合默契。一種晶體管的工作狀態會直接的決定了另一支的工作效率。

缺點是雖然PA集成了，但是雙工器仍是相當復雜，并且PA集成時有開關損耗，性能會受影響。而對于后一種架構，性能更好，功放與雙功器集成可以提升電流特性，大約可以節省幾十毫安電流，相當于延長15%的通話時間。所以，業內人士的建議是，大于6個頻段時（不算 2G，指3G和4G）采用融合架構，而小于四個頻段時采用PA與雙工器集成的方案PAD。