文章介紹了微波功率放大器在無線通訊測試中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了可能對此類測試造成影響的3IM、IP3、IMD3 等關(guān)鍵參數(shù)的原理及其測試方法，介紹了AR"S" 系列微波功率放大器在此類測試中的獨(dú)特設(shè)計和技術(shù)優(yōu)勢。

1 QFN 封裝特點

AR 射頻/ 微波儀表部門， 可設(shè)計制造頻率覆蓋DC~45GHz，功率覆蓋1~16000W 的功率放大器。應(yīng)用范圍包
含了電磁兼容測試(EMC)，射頻元器件測試、物理學(xué)(等離子體生長)和化學(xué)(質(zhì)譜)應(yīng)用，軍工(干擾器、雷達(dá))，材料試驗(超聲波)，醫(yī)療診斷測試(核磁共振，MRI)和一般實驗室使用。本文將主要討論AR "S" 系列微波功率放大器在無線通信測試中的應(yīng)用。
在過去二十多年中，無線通信應(yīng)用呈現(xiàn)爆炸式增長。從AT&T 在1983 年研制開發(fā)Advanced Mobile Phone Service
(AMPS)開始，個人通訊服務(wù)(PCS)迅速開始盛行。在此期間，通訊測試系統(tǒng)對高線性功率放大器的需求程度從未降低。對放大器的另一個要求既是頻率覆蓋范圍，表1 中列舉了我國部分民用無線通訊系統(tǒng)的適用頻率范圍，表1 中清楚地顯示了在800MHz~4GHz 頻帶范圍內(nèi)頻率應(yīng)用劃分。AR 射頻/ 微波儀表部門為適應(yīng)無線通訊測試需求，設(shè)計開發(fā)了寬頻帶、高線性的"S" 系列A 級微波功率放大器。從800MHz 到18GHz 超寬頻帶范圍，功率覆蓋1~800W，能符合任何無線通訊測試的應(yīng)用。

2 3IM 的定義和測量方法

功率放大器的頻率范圍由通訊適用頻段而定，同時對于無線測試應(yīng)用還要求放大器的高線性，理想的功率放大器能
真實再現(xiàn)輸入信號，而不加入額外的頻率輸出(雜散)。但是，實際應(yīng)用中的功率放大器都存在一定程度的非線性。在線性放大器的設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計人員往往會被半導(dǎo)體器件固有的非線性所限制。這在單頻點放大時并不是一個嚴(yán)重的問題，但在實際無線通訊中信號往往是多頻點發(fā)射。放大器由于多頻點輸入造成一定程度的非線性，稱之為互調(diào)失真(IMD)。互調(diào)失真主要表現(xiàn)為放大器輸出除了基波之外還包含所有可能的雜散成分。除了諧波之外，這些雜散成分還可能是兩基波一切可能的和、差頻點，定義為集電極電流冪級數(shù)展開。
雜散頻率一般表示為：
fs =±Mf1±Nf2 (1)
其中，fs 為雜散頻率，M& N 為大于1 的正整數(shù)，f1 、f2 為基波。
圖1 所示顯示了當(dāng)輸入基波為f1、f2時，放大器的典型輸出，除f1、f2 以外的雜散信號均為互調(diào)失真導(dǎo)致的。

圖1
從圖1 中容易看出，三階互調(diào)(2f1－f2)和(2f2－f1)是最重要的失真信號，因為它們最靠近基波信號，其余重要的失真信號包含三階互調(diào)(2f1 ＋f2)和(2f2 ＋f1)，以及二階互調(diào)(f1 －f2)， (f1 ＋f2)； (2f1)和(2f2 )。
圖1 中還描述了一種相對簡單和寬泛的功率放大器線性的驗證測試方法，叫做" 雙頻" 測試法，利用兩個相對靠近的
基波作為放大器的輸入信號。通常規(guī)定將基波輸出定義為1dB 壓縮點以下6dB 的水平，而AR 的"S" 系列放大器在測試時一般將輸出定義為1dB 壓縮點以下10dB，以此避免任何由于基波相位和峰值包絡(luò)變化引起的增益飽和，從而使測試余量小于6dB 的水平。工作在1dB 壓縮點以下10dB 的水平，就可以距離6dB 的水平有了4dB 的余量。互調(diào)失真的水平主要由3IM來體現(xiàn)，3IM被定義為最靠近基波的三階互調(diào)和基波的相對值。

3 三階截點(IP3)的定義與測量方法

另外一種更加方便和準(zhǔn)確的功率放大器線性定義，就是所謂的三階截點(IP3)。這種方法的優(yōu)點在于，它是由放大器測試數(shù)據(jù)推算得出，利用遠(yuǎn)低于飽和狀態(tài)下的測試數(shù)據(jù)即可得出結(jié)論。

圖2
圖2 所示假設(shè)了一個放大器輸入輸出關(guān)系，此放大器一樣遵循圖1 中的雜散規(guī)律。基波輸出為一斜率為1 的一次函
數(shù)(m=1)。輸出功率隨著輸入功率的增長而線性增長，直到放大器的限流效應(yīng)導(dǎo)致功率輸出逐漸降低，從而偏離了線性關(guān)系。功率實際輸出和理想輸出相差1dB 時定義為1dB 壓縮點。
三階互調(diào)的分量也在圖2 中表示出來，這些分量的功率遠(yuǎn)小于基波，但是其增長斜率卻為3(m=3)， IP3 的定義即為兩條曲線延長后的交點，在這一點，三階互調(diào)分量的水平和基波水平相等。值得注意的是， IP3 不是一個實際測量值，而是一個通過延伸曲線得出的一個理論值。在1dB 壓縮點以內(nèi)，功率放大器都能保持很好的線性，所以兩條曲線是非常容易得出的。IP3是由三階互調(diào)分量定義得出的，在實際中，功率放大器在達(dá)到這一點之前就已經(jīng)處在完全飽和的工作狀態(tài)了。即便如此，IP3依舊是一個非常重要的數(shù)值。
值得關(guān)注的是， IP3 與實際功率輸出有如下的關(guān)系：
IP3=Power(f1×f2)+ 3IM/2 (2)
其中，Power(f1+f2)為基波功率。
在AR 對3IM的實際測試中，基波水平是低于1dB 壓縮
點10dB，因此：
Power(f1+f2)=P0- 10dB (3)
其中，P0
是放大器在1dB 壓縮點的輸出功率。
聯(lián)立式(2)可得：
3IM=2[IP3- Power(f1×f2) ] (4)