射频功放设计指南
B1、B2是铁氧体磁环，其功能主要是减少电源和微波信号的相互干扰，一般我们设计功放模块时，如果有条件可以加上，通常由于功放的体积限制也可以不加。
又如图4.2所示，是1.9GHzMOTOROLA60W功率器件的电路原理图。
图4.2 1930～1990MHz宽带器件测试电路
图4.2中器件：
从图4.1和图4.2可以看出，两种供电电路其形式是基本相同的。只是对于不同的频率供电网络的电容值不同。在实际的功放的供电电路的设计中，对于微波大功率供电电路电感一般是不用的，尤其是高频，都是设计为1/4λ的短路线。这样对于微波信号而言是当信号如图中的Z3和Z7。在设计PCB时，1/4λ的供电阻抗线一般尽量靠近功放器件。另外，在供电电路中的电容中，靠近器件的电容是和器件的隔离耦合电容相同值的电容，如图3.2中的电容C5和C8，况且在PCB布线排列上将此两个电容分别放在最靠近1/4λ短路线的地方，然后再放置其他的电容。如图4.3所示。
-24-
图4.3 功放电源供电图
在一般的电源供电时C6、C10是相同的电容，且是微波电容较好，C6在电路中主要的作用是去耦，尤其是大功率输出的功放，一定要用Q值很高的电容，很小的等效电阻。C6电容加在1/4λ短路线的尽头较好。C7、C8、C9电容的容值的分别的是选用1000pF、10nF和10uF。主要是用于滤波。
图4.4 电源偏置电路
在功放的偏置电路中，也可以是有电阻串连供电（如图3.4），因为栅极电流一般是很小的，加电阻对功放对偏置没有什么影响，还可以更好的改变偏置电源对功放对影响，增加电路的稳定性。如图4.4。电阻R2一般取5～12欧姆。R1可以取大一点，1K即可。
4.1.2 GaAs器件供电路。
GaAs器件因为器件的工艺和材料的不同而供电和LDMOS器件也不相同，GaAs器件供电电源一般为9V～12V，一般器件为12V较多。GaAs器件由于其器件的工艺原因，其使用的偏置电源是负电源。但是无论使用什么样的电源，他们在电源的处理上是一样的。
-25-
射频功放设计指南
4.2 电源偏置
对于功放电路中的电源偏置同样是非常重要的，电源的偏置不仅可以调节功放的增益，尤其在线性功放电路中可以调节功放的线性度，在多级功放的调试中，后级功放的工作状态对线性功放的线性影响是最大的。所以在多级功放管级联时调节功放的偏置电压对整体功放对线性度有很大的影响。
现在的功放模块的使用也非常多，许多的功率不要求很大的单板都可以采用功率模块，功率模块在生产上的一致性要好一点。但是，在功放模块一般是给定一个应用的环境，包括偏置电源的电压，在使用时我们同样可以调节功放的末级功放管的和前级功放管的偏置电压，使得功放模块有一个最佳的稳定的线性输出。
另外，在功放偏置设计时，应将偏置电源稳压后使用。并且要将偏置电源做温度补偿。因为偏置电源的电压将影响功放的增益、线性。
4.3 布局
在功放的设计中，功放板的布局也是非常重要的。在这里不详细说明。
在功放设计中，电源的供电电路中的去耦电容和滤波电容的位置是非常重要的。电源的去耦电容一定要放在1/4λ近处，这样的效果是最好的。然后才是滤波电容。在偏置端同样是这样设计。
在现代的通信的功放的设计中，由于功放部分的设计不仅仅是放大和线性指标的满足，而是由于现代系统的要求，有很多的控制的功能需要增加在功放中，比如，功放的电源管理、功放和低噪放设计在同一块PCB板上等，这样的功能的增加就使得功放部分不是原来的单纯的放大。这样功放往往采用传统的PCB微波板材电路是完全无法放置，这样就要用多层板和使用类似FR-4的板材，况且可能是双面布板，这样就需要在设计布板时注意。
在PCB布板时，一定要将功放的周围的PCB板良好接地，留出一定的PCB接地的地方，且要将接地的地方用螺钉良好接地。对于多层的PCB板，功放的下一层一定要是大面积地，这样才能更好地保证功放的设计指标。
4.4 电容的选用
对于微波电容的选择，一般选用是高Q值的电容，要求电容的等效电阻越小越好。现在常用的电容有：ATC电容和DLI的电容。对于输出功率小的单板可使用ATC的100A以及DLI的C11AH
-26-
系列。对于功率大的单板采用ATC的100B系列和DLI的C17AH系列即可。如上图4.3和图4.4在这里讲的是电容C5、C6、C10是使用这样的电容。
在微波中的电容器不是理想的电容，它的等效图如下图4.5。
R为电容器的等效电阻，是有引脚和介质极化引入的。C为电容量，L为引线电感。电容器有固有的谐振频率。尤其在高频和微波上，电容器的R和L更为重要，频率越高，电容器的值将偏离原有的值。由于R的存在，电容的Q值随工作频率的上升而下降，频率相同时，C越大，Q值越小。
RLC图4.5 电容器的串联等效电路 在大功率功放的设计中如果考虑欠佳有功功率造成电容器温升过高容易造成电容器损坏，所以在功放的电容选取上一定要注意选取微波电容。
图4.6 ATC100A电容容值对应的谐振频率
此表可以做功放电容选取的参考。对于不同厂家的生产厂家，对应表有一点差别。对于不同的温度电容值有一定的变化，设计功放电路的时一定要考虑到。
-27-
射频功放设计指南
第五章 输入输出匹配及功率合成技术
在射频系统中系统阻抗通常为50欧姆；而较大功率的微波功率管的输入、输出阻抗值很小，通常只有几个欧姆或零点几欧姆，并且随着功率管输出功率能力的提高，单管的输入和输出阻抗值在逐渐减小。虽然近年来随着厂家技术水平的提高和制造工艺的不断改进，在功率管内部加入了一些内匹配电路，使单管的输入和输出阻抗值有所提高，但大功率的功率管输入、输出阻抗仍然只有几个欧姆。这样就要求我们在功率放大器的设计过程中，必须考虑到把功率管的输入、输出阻抗从几个欧姆匹配到50欧姆，可以说成功设计阻抗匹配电路是设计功率放大器的一个重要核心组成部分。
在任何一个功放的设计中，错误的阻抗匹配将使电路工作不稳定，同时也会造成整个功放的效率降低，非线性失真的成分加大。理想的匹配电路应同时满足匹配、带宽、驻波、谐波衰减和线性指标等多项要求。但在实际匹配电路设计过程中，往往不可能同时让所有的指标都达到最优的状态，所采用的匹配电路要综合权衡以上的指标，通常把我们最关注的几个性能指标放在首位，而牺牲功放的其它一些性能指标，另外在设计中我们还要考虑到性能的一致性和可生产性及实际所要求的电路尺寸等要求。
功放单元的设计包括单级功放和多级功放的设计。设计单级功率放大器主要是进行输入匹配电路和输出匹配电路的设计；而设计两级或多级功率放大器除了要考虑输入和输出匹配电路外，还要考虑到级间匹配电路，级间匹配电路的目的是使后级功放管的输入阻抗和前级阻抗管的输出阻抗共轭匹配。本篇文章重点介绍单级功放的输入匹配和输出匹配。
应用在不同频段的功率管，其外围的输入、输出匹配电路的类型也有所不同，集总参数元件构成的匹配电路能够应用到UHF频段及以下的频率范围，而在更高频率的应用场合，其匹配电路通常要通过分布参数来实现。我们将在下面的章节分别来介绍利用集总参数和分布参数来实现阻抗匹配的原理。
5.1 用集总参数元件进行阻抗匹配电路的原理及设计实例
在集总参数元件进行阻抗匹配电路的设计过程中，我们经常要用到品质因素“Q”的这个概念，Q的物理意义为电路的储存能量和消耗的能量之比。通过Q我们可以方便地进行串联电路和并联电路的相互转换，从而很容易地得到需要匹配的电抗值。
在串联谐振电路模式中Qs=ω0L/R
-28-