有源放大器基础知识培训

有源放大器基础知识培训射频质量管理部李文章2008年6月应用范围:主要用于信号覆盖，如雷达、无线通信、光纤通信等。市场上主要射频有源产品有低噪声放大器、低噪-选带、选带器、功率放大器、信道选择器、频段选择器、上变频器、下变频器、基站塔顶放大器、基站功率放大器、干线放大器、光传输一体化模块。主要制式有：TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、PHS、GSM、CDMA、SCDMA等。TD-SCDMA（1910MHz～1925MHz):时分同步码分多址接入（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess）。集成了频分（FDMA）、时分（TDMA）、码分（CDMA）和空分（SDMA）四种多址接入技术的优势。W-CDMA(TX:1920MHz～1980MHzRX:2110MHz～2170MHz）:宽带分码多工存取WidebandCDMA。W-CDMA也是使用2GHz的频率、从名字就可以看出W-CDMA跟CDMA的原理是一样，和日本aubyKDDI的cdma20001x一样是CDMA。因此，W-CDMA跟cdma20001x是同样的以CDMA为平台的系统。CDMA2000（TX:1850～1910MHzRX:1930～1990MHz）:CDMA指码分多址(Code-DivisionMultipleAccess)。是TIA标准组织用于指代第三代CDMA的名称。适用于3GCDMA的TIA规范称为IS-2000，该技术本身被称为CDMA2000.PHS:个人手持电话系统PersonalPhoneSystem。是日本开发的网络系统。它采用先进的微蜂窝技术，通过微蜂窝基站实现无线覆盖,将用户端（即无线市话手机）以无线的方式接入本地电话网，使传统意义上的固定电话不再固定在某个位置，可在无线网络覆盖范围内自由移动使用，随时随地接听、拨打本地和国内、国际电话。GSM：全球移动通讯系统（GlobalSystemofMobilecommunication）CDMA：是码分多址的英文缩写(CodeDivisionMultipleAccess)，它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。SCDMA：同步码分多址SynchronousCodeDivisionMultipleAccess。它采用了智能天线、软件无线电、以及自主开发的SWAP+空中接口协议等先进技术，是一个全新的体系，一个全新的拥有主要自主知识产权的无线通信技术标准。功放在直放站中的位置框图功放在宽带直放站的位置框图TD-SCDMA中功放的位置框图TD-SCDMATRB2W功放射频部分的实物照片环形器匹配电容功放管推动上行（接收RX)下行（发射TX)1、工作频率（OperatingFrequency）2、增益（Gain)3、输出功率(OutputPower)4、功率回退（back-off）5、三阶截点IIP3（Input3rdorderinterceptpoint）6、1dB压缩点（1dBcompressionpoint）7、杂散发射（spuriousemission）8、带外发射（out-of-bandemission）9、邻信道泄漏比ACLR（AdjacentChanneleakageRatio）10、发射信号频谱模板11、增益平坦度(GainVariation)12、带外抑制（outofbandrejection）13、回波损耗RL（ReturnLoss）射频放大器主要技术指标14、电压驻波VSWR（voltagestandingwaveratio）15、噪声系数（NoiseFigure）16、发射信号调制精度EVM（errorvectormagnitude）17、峰值码域误差PCDE（PeakCodeDomainError）18、输入/输出阻抗（Input/OutputImpedance）19、动态范围（Dynamicrange）20、反向隔离度Reverseisolation21、工作温度(OperatingTemperature)22、效率（Efficiency）射频放大器主要技术指标23、功放使能（PAEnable/Disable）24、过功率告警（OverPowerAlarm）25、驻波告警（VSWRAlarm）26、前向功率指示（ForwardPowerMonitor）27、反向功率指示（ReversePowerMonitor）28、过功率关断29、温度告警(TemperatureAlarm)30、过温度关断31、数控增益衰减（numericalcontrolgainattenuation)射频放大器主要技术指标32、工作电压(operatingvoltage)33、工作电流(operatingcurrent)1、工作频率（OperatingFrequency）满足或优于指标参数时的工作频率范围。2、增益（Gain)放大信号输出与输入功率之比，它是相对量，通常用dB表示。通常在中心频率额定输出电平下测量。3、输出功率(OutputPower)功率放大器的功率指标严格来讲又有标称输出功率和最大瞬间输出功率之分。前者就是额定输出功率，它可以解释为谐波失真在标准范围内变化、能长时间安全工作时输出功率的最大值；后者是指功率放大器的“峰值”输出功率，它解释为功率放大器接受电信号输入时，在保证信号不受损坏的前提下瞬间所能承受的输出功率最大值。放大器的输出功率有两种表示方式：饱和功率和1dB压缩点输出功率。前者是输出的最大功率，后者则是指增益下降1dB时的输出功率，前者一般大于后者。对脉冲放大器有峰值功率和平均功率之分，前者表示有信号时的输出功率，后者则是按时间平均后的功率，两者之间的关系与信号的占空比有关。4、功率回退（back-off）•功率回退法就是把功率放大器的输入功率从1dB压缩点向后回退6-10个分贝，工作在远小于1dB压缩点的电平上，使功率放大器远离饱和区，进入线性工作区，从而改善功率放大器的三阶交调系数。一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB。•功率回退法简单且易实现，不需要增加任何附加设备，是改善放大器线性度行之有效的方法，缺点是效率大为降低。另外，当功率回退到一定程度，当三阶交调制达到-50dBc以下时，继续回退将不再改善放大器的线性度。因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退是不够的。5、三阶截点IIP3（Input3rdorderinterceptpoint）当两个或多正弦信号经过放大器时，此时由于放大器的非线性作用，会输出包括多种频率的分量，其中以三阶交调分量的功率电平最大，它是非线性中的三次项产生的，假设两基频信号的频率分别是F1和F2，那么，三阶交调分量的频率为2F1-F2和2F2-F1，由于该频率落在频带内，是非线性产物。IIP3是工作频率信号在理想线性系统中的输出信号与三阶互调分量幅值相等时的交点，是一个固定点。如图上所示［1］。该点是虚交点，实际系统中无法直接测出，但可以通过相关的测量值计算出来。虽然侵入系统的强信号可能有2个或2个以上，但为了测试的方便，假设只有2个强的等幅单音信号侵入了系统。若用一个幂级数来表示器件的非线性作用，并假设单音信号的频率分别为f1和f2，那么不难推出三阶互调分量的频率为(2f1－f2)或(2f2－f1)。IP3(IIP3，OIP3)的计算式为［2］：其中：IIP3为输入IP3，是IP3的横坐标；OIP3为输出IP3，是IP3的纵坐标；Pin为单音信号的输入功率电平；Pout为单音信号的输出功率电平；G为被测件(DeviceUnderTest-DUT)的小信号增益。IMD3为三阶互调失真，他等于干扰信号的输出功率电平减去三阶互调量功率电平的值，即：式(2)中各元素的关系如图2所示。由式(1)和(2)可知，如果测出单音信号的输入/输出功率和三阶互调分量的电平值，就可求出输入/输出IIP3的值。6、1dB压缩点（1dBcompressionpoint）1dB压缩点(P1dB)是输出功率的性能参数。压缩点越高意味着输出功率越高。P1dB是指与在很低的功率时相比增益减少1dB时的输入(或输出)功率点。参见图2、，增益随输入功率变化的曲线。注意当输入功率升高时增益是如何下降的。这是因为在其最大输出功率时器件达到饱和于是功率不能继续上升。1dB压缩点可以在输入或输出定义。例如，如果输出P1dB规范是+20dBm，则这个元件的输出功率约为+20dBm。减小输出功率使之低于P1dB将减小失真。元件(放大器或混频器)增益随输入功率变化的曲线。由于输出达到饱和，增益在输出功率较高时将会下降。放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增大，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，用P1dB表示。典型情况下，当功率超过P1dB时，增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率，其值比P1dB大3-4dB。7、杂散发射（spuriousemission）•杂散发射是在必要带宽外某个或某些频率上的发射，其发射电平可降低但不影响相应信息传递。包括：谐波发射、寄生发射、互调产物、以及变频产物，但带外发射除外。•一般来说，落在中心频率两侧，必要带宽±250%倍处或以外的发射都认为是杂散发射。8、带外发射（out-of-bandemission）•带外发射是在紧靠必要带宽的外侧，由调制过程产生的一个或多个频率的发射，但杂散发射除外。•一般来说，落在中心频率两侧，必要带宽±250%倍处以内的无用发射都认为是带外发射。•但对于必要带宽很窄或很宽的情况，这种划分带外发射和杂散发射的方法并不适合。9、邻信道泄漏比ACLR（AdjacentChanneleakageRatio）邻信道泄漏比(ACLR)被定义为邻信道中集成的信号功率与主信道中集成的信号功率之比，（ACLR是指邻道(或者带外)发射信号落入到被干扰接收机通带内的能力，）即P(f1intbw)/P(fchbw)或者P(f2intbw)/P(fchbw)。在其它无线系统或其它波形格式中，ACLR也指邻信道功率比(ACPR)。在GSM系统中，邻信道泄漏则指输出RF频谱(ORFS)。使用固定峰值调变技术(GSM系统就是采用这种调制技术)的波形可使放大器实现较高的效率。但是具有高峰均比(波峰因数)的信号(如WCDMA和cdma2000)可能会导致放大器产生非线性操作和失真。WCDMA基站的ACLR性能通常为-45dBc，这使得功率放大器制造商将放大器的ACLR性能指定为-50dBc或更高。•用R&S公司测试的TRBACLR值下图为用安捷伦E4406频谱仪测试的WCDMA单载频频谱模板PrintToFilePrinterFileTypewmfFileLocationA:C:ImageInvertNormalHCOPyDestFPanelPrinterPrintSetupRLTSRef55.50dBm10.10dB/Center2.14000GHzExtAt31.4Spectrum(Ref:TotalPwr,Seg:Offset)Span25.0000MHzAbsLimitRelLimitTotalPwrRef:41.62dBm/3.84MHzLowerUpper-Peak-Start(Hz)-Stop(Hz)ResBW(Hz)dBmFreq(Hz)dBmFreq(Hz)2.5150M2.7150M30.00k-