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射频功率分配器在国际化路上需产学研用

射频功率分配器在国际化路上需产学研用
射频功率分配器无处不在的无线技术为高集成度电路创造了市场需求,比如发信机、接收机,以及片上频率合成器等。硅CMOS技术把这种集成变为可能,然而射频功率分配器却是个例外,射频功率分配器仍然是用非CMOS技术实现的典型。硅CMOS 功率放大器能够同其它无线构建模块紧凑集成到一起是再理想不过了。下面就是一些CMOS PA设计方案。
功率放大器涉及到许多不同参数的分配,包括附加功率效率(PAE)、线性度、最大输出功率、最大稳定增益、输入/输出匹配、散热和击穿电压。与许多RF组件设计技术一样,这些要求常常彼此矛盾,例如,获得较好的线性度往往以牺牲PAE指标为代价。典型地,线性度用输出三阶截点(OIP3)、1-dB压缩点(P1dB)、邻道功率比(ACPR)AM-AM失真(AM/AM)以及AM-PA失真(AM/PM)来*估。线性度改善一般依赖使射频功率分配器输出功率远离其饱和输出电平来实现,而且为了满足给定的线性要求,会消耗更多的直流功率。
尽管许多这类折衷摆在功放设计师者面前,放大器电路仍然在过去几年里得到充分地研究,可以查阅到很多设计方法。设计人员能设计出大量有意思的结构。为探究用硅CMOS制造功放的可能性,本文首先分析了单端CMOS 功放,然后是差分COMOS PA。本报告涉及两种改善线性度的简单结构,并在对高效率E类和F类CMOS PA讨论后得出结论。
相当一段时间内,单端AB类PA在大量应用里有可靠表现,这种类型实际上是A类与B类设计结合的混合体。在一个A类功放中,功率三极管在百分之百的时间内都不会出现偏置电流截止的情况。典型地,一个A类功放接近输出最大功率,并有着突出的线性,尽管该方法的最佳理论效率只有50%。
射频功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。
1、频率范围。这是各种射频/微波电路的工作前提,射频功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率,才能进行下面的设计
2、承受功率。在大射频功率分配器/合成器中,电路元件所能承受的最大功率是核心指标,它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地,传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线,要根据设计任务来选择用何种线。
3、分配损耗。主路到支路的分配损耗实质上与射频功率分配器的功率分配比有关。如两等分射频功率分配器的分配损耗是3dB,四等分射频功率分配器的分配损耗是6dB。
4、插入损耗。输入输出间的插入损耗是由于传输线(如微带线)的介质或导体不理想等因素,考虑输入端的驻波比所带来的损耗。
5、隔离度。支路端口间的隔离度是射频功率分配器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出,而不应该从其他支路输出,这就要求支路之间有足够的隔离度。
6、驻波比。每个端口的电压驻波比越小越好。
射频功率分配器通过在其导通门限处设置偏置,B类功放的效率得到改善,这个驱动放大器的输出会使末级功率放大器反复导通和截止,末级功率三极管在该时刻的效率达到50%,这样,B类设计使效率可以提高到78.5%。
射频功率分配器实现A类与B类方法的折衷。晶体管的偏置比其导通电压略高,但晶体管自始至终都没有完全导通。AB类功放典型地采用多级实现(图1)以提高PAE,不只是为提高效率。在设计中,器件M1是驱动FET,而M2是输出级FET。输入、输出和中间级的阻抗匹配可以用L、T和Π型网络来完成。射频功率分配器漏极到栅极反馈常用在AB类功放设计里来改善稳定性;这种反馈还能简化阻抗匹配。在这个专门的设计里,电阻R3和R5以及电容C2和C6是反馈元件。电阻R1和R2,电阻R4和R5构成简单的电阻驱动网络来对晶体管进行偏置。通过采用不同的电阻分压比,图1的基本电路可以改换到其它多种PA结构中,包括A类,B类和C类。
射频功率分配器的功能是将一路输入的卫星中频信号均等的分成几路输出,通常有二功分、四功分、六功分等等。射频功率分配器的工作频率是950MHz-2150MHz,大家想必对射频功率分配器是再熟悉不过了。以上三个器件的用途和性能是完全不同的,但在日常使用中往往容易把名称混淆了,使得人们在使用中容易产生困惑。卫星电视接收系统中的多台卫星接收机,共用一面天线,几面天线共用一台卫星接收机,以及两台以上卫星接收机和两面以上天线共用,它们之间的连接除了依靠电缆之外,射频功率分配器主要是靠切换器的组合编程来实现的。 射频功率分配器是接多个卫星接收机用的。如果一套天线要接多个卫星接收机就要用射频功率分配器。根据所接接收机的多少选用射频功率分配器。如果接两接收机就用二射频功率分配器。接四接收机就用四射频功率分配器。

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