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[摘 要]射频功率放大器是当今无线通信系统的核心部件之一，射频功率放大器从20世纪中叶发展到今天，种类与形式都日趋增多，应用领域也不断扩大。近年来，为了满足无线通信系统对射频功率放大器的轻重量、小体积以及电源低功耗等要求，展开提高功率放大器效率的研究势在必行，高效率射频功率放大器的研究受到了广泛的关注。本文就高效率射频功率放大器相关问题进行论述。
[关键词]射频功率放大器；开关类功率放大器；高效率
中图分类号：TN722.75 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0022-01
一、引言
现代社会，信息产业发展迅速，无线通信系统也得到了快速的发展，射频功率放大器是无线通信系统的核心部件之，自然也需要更好的发展。射频功率放大器从20世纪中叶发展到今天，种类与形式都日趋增多，应用领域也不断扩大。比如在军用领域，雷达、遥感、定位、导航、军用电台的语音和数据通信系统等中的应用；以及在民用领域，2G、3G、局域网、蓝牙、GSM等系统中的应用等等。然而，随着电子技术的飞速发展，无论是军工还是民用通信系统都对射频功率放大器提出了更荀刻的要求。试想，如果功率放大器的功耗很大，必然导致热散耗功率也随之加大，与此同时，散热器的体积与重量也随之增加。所以，对功耗要求较高的平台（如：手持电台、机载、弹载、背负式电台、无人机等）对功率放大器的应用受到了很大的限制。基于此，展开对轻重量、小体积及电源低功耗的功率放大器的研究势在必行，而为了满足上述要求，行之有效的解决途径无非是尽可能的提高功率放大器的效率。
为了进一步提高射频功率放大器的效率，必须最大程度上减小晶体管的管耗，理想状态下使管耗降低到零，此时漏极电压和漏极电流在晶体管导通的时间内不同时出现，完全没有重叠，这也就是新型的关类功放的理论设计基础。开关类功放包含D类、E类和F类等。在该设计理念的支撑下，功率晶体管被作为理想开关使用，它最大程度上减小电压和电流的重叠程度，以此来降低功率晶体管本身的功耗，理论上晶体管本身的功耗可以降低到零，即理想状态下，射频功率放大器的漏极效率可以达到100%。所以，进一步展开对能实现更高效率的开关功放应用于射频高效功率放大器的研究具有更重要的工程应用意义。近年来，高效率E类射频功率放大器的研究受到了国内外专家和学者的广泛关注。
二、功率放大器设计重难点分析
功率放大器设计难点在射频设计，可以说，射频设计已经成为移动通信设计的瓶颈，细究其原因有如下三点：（1）要求设计人员知识面宽。例如。设计人员应通晓根据各种调制机理，各种通信标准和各种通信协议，应该具备随机信号、电波传播、微波技术、多址接入、以及晶体管器件的特性等各方面的知識，擅长利用各种CAD辅助工具等等。而这些学科中的很多方面都已经发展了半个世纪以上，要在短时间内掌握这些知识是一件很不容易的事情。当前技术的快速发展从根本上就是要求射频工程师把这些知识融会贯通，充分利用不同学科的综合优势，因此，这种综合性人才难觅是首要原因。（2）由于目前射频级集成电路发展还不完善，一部分器件还需要采用外接的形式，像电感就不能完全集成。再加上各模块间还有匹配问题，这些都加大了设计的难度。（3）由于用于对射频电路进行辅助分析与综合的工具目前还是起步阶段，用它们来进行分析和综合得到的结果还只能作为参考。因为射频部分的器件存在时变特性、非线性、电路不稳定等特性，目前还缺少精确的模型，因此，射频部分的设计很大程度是取决于设计人员的实验调试和经验。
功率放大器设计的难点主要有以下几个方面：（1）实现高效率功率放大器的技术方法很多，如LINC技术、包络跟踪技术、包络消除与恢复技术、E类放大器、Doherty技术等，但这些技术都具有各自的缺陷，如何选择是设计中的难点之一。（2）与其他几种技术相比，Doherty技术有着实现方式较为简单，成本相对低廉等优点，因此成为目前使用最多的方法。但现实的情况是Doherty放大器能找到的资料特别少，有些公司虽然有Doherty功率放大器的产品，但是其详细的资料都是保密的。如何根据这有限的资料研究出新的成果，这也是设计中的难点之一。（3）必须兼顾到效率指标和线性度指标。Doherty技术的特点是高效率，但它的线性度还有待提高。采用功率回退法可以提高线性度，但是又会大大的影响到效率。效率与线性度的这种矛盾关系也是设计中的难点之一。（4）由于功放管的一致性较差，功率放大器的批量生产一直面临着生产效率低的问题，如何通过设计改善这一问题也是设计中要面临的难点之一。
三、结语
综上所述，射频功率放大器是无线通信系统的重要部件，在整个发射系统中的耗能中占据了绝大部分，处于节能环保方面和降低工作成本方面的考虑，需要功放有较高的效率以降低能耗。无线通信技术的飞速发展伴随着各种无线通信标准的提出，一方面，这些通信标准覆盖了多种频率，需要能多频工作的射频器件；另一方面，为了增加频谱的利用率，信号往往釆用非恒包络的调制方式，功放的设计需满足高峰均比信号的特殊要求
参考文献
[1]胡长阳.D类和E类开关模式功率放大器.北京：高等教育出版社，1985.
[2]马鹏飞.高性能低功耗射频功率放大器的设计.硕士学位论文.西安：西安电子科技大学.2007.
[3]王科平.高效率射频功率放大器的研究.硕士学位论文.杭州：浙江大学，2006.
[4]孙文宾，黄云新，刘.鹏一种设计宽带高效E类功率放大器的方法一“参数补偿压缩法？电子学报，2001，29（11）：1536-1539
[关键词]射频功率放大器；开关类功率放大器；高效率
中图分类号：TN722.75 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0022-01
一、引言
现代社会，信息产业发展迅速，无线通信系统也得到了快速的发展，射频功率放大器是无线通信系统的核心部件之，自然也需要更好的发展。射频功率放大器从20世纪中叶发展到今天，种类与形式都日趋增多，应用领域也不断扩大。比如在军用领域，雷达、遥感、定位、导航、军用电台的语音和数据通信系统等中的应用；以及在民用领域，2G、3G、局域网、蓝牙、GSM等系统中的应用等等。然而，随着电子技术的飞速发展，无论是军工还是民用通信系统都对射频功率放大器提出了更荀刻的要求。试想，如果功率放大器的功耗很大，必然导致热散耗功率也随之加大，与此同时，散热器的体积与重量也随之增加。所以，对功耗要求较高的平台（如：手持电台、机载、弹载、背负式电台、无人机等）对功率放大器的应用受到了很大的限制。基于此，展开对轻重量、小体积及电源低功耗的功率放大器的研究势在必行，而为了满足上述要求，行之有效的解决途径无非是尽可能的提高功率放大器的效率。
为了进一步提高射频功率放大器的效率，必须最大程度上减小晶体管的管耗，理想状态下使管耗降低到零，此时漏极电压和漏极电流在晶体管导通的时间内不同时出现，完全没有重叠，这也就是新型的关类功放的理论设计基础。开关类功放包含D类、E类和F类等。在该设计理念的支撑下，功率晶体管被作为理想开关使用，它最大程度上减小电压和电流的重叠程度，以此来降低功率晶体管本身的功耗，理论上晶体管本身的功耗可以降低到零，即理想状态下，射频功率放大器的漏极效率可以达到100%。所以，进一步展开对能实现更高效率的开关功放应用于射频高效功率放大器的研究具有更重要的工程应用意义。近年来，高效率E类射频功率放大器的研究受到了国内外专家和学者的广泛关注。
二、功率放大器设计重难点分析
功率放大器设计难点在射频设计，可以说，射频设计已经成为移动通信设计的瓶颈，细究其原因有如下三点：（1）要求设计人员知识面宽。例如。设计人员应通晓根据各种调制机理，各种通信标准和各种通信协议，应该具备随机信号、电波传播、微波技术、多址接入、以及晶体管器件的特性等各方面的知識，擅长利用各种CAD辅助工具等等。而这些学科中的很多方面都已经发展了半个世纪以上，要在短时间内掌握这些知识是一件很不容易的事情。当前技术的快速发展从根本上就是要求射频工程师把这些知识融会贯通，充分利用不同学科的综合优势，因此，这种综合性人才难觅是首要原因。（2）由于目前射频级集成电路发展还不完善，一部分器件还需要采用外接的形式，像电感就不能完全集成。再加上各模块间还有匹配问题，这些都加大了设计的难度。（3）由于用于对射频电路进行辅助分析与综合的工具目前还是起步阶段，用它们来进行分析和综合得到的结果还只能作为参考。因为射频部分的器件存在时变特性、非线性、电路不稳定等特性，目前还缺少精确的模型，因此，射频部分的设计很大程度是取决于设计人员的实验调试和经验。
功率放大器设计的难点主要有以下几个方面：（1）实现高效率功率放大器的技术方法很多，如LINC技术、包络跟踪技术、包络消除与恢复技术、E类放大器、Doherty技术等，但这些技术都具有各自的缺陷，如何选择是设计中的难点之一。（2）与其他几种技术相比，Doherty技术有着实现方式较为简单，成本相对低廉等优点，因此成为目前使用最多的方法。但现实的情况是Doherty放大器能找到的资料特别少，有些公司虽然有Doherty功率放大器的产品，但是其详细的资料都是保密的。如何根据这有限的资料研究出新的成果，这也是设计中的难点之一。（3）必须兼顾到效率指标和线性度指标。Doherty技术的特点是高效率，但它的线性度还有待提高。采用功率回退法可以提高线性度，但是又会大大的影响到效率。效率与线性度的这种矛盾关系也是设计中的难点之一。（4）由于功放管的一致性较差，功率放大器的批量生产一直面临着生产效率低的问题，如何通过设计改善这一问题也是设计中要面临的难点之一。
三、结语
综上所述，射频功率放大器是无线通信系统的重要部件，在整个发射系统中的耗能中占据了绝大部分，处于节能环保方面和降低工作成本方面的考虑，需要功放有较高的效率以降低能耗。无线通信技术的飞速发展伴随着各种无线通信标准的提出，一方面，这些通信标准覆盖了多种频率，需要能多频工作的射频器件；另一方面，为了增加频谱的利用率，信号往往釆用非恒包络的调制方式，功放的设计需满足高峰均比信号的特殊要求
参考文献
[1]胡长阳.D类和E类开关模式功率放大器.北京：高等教育出版社，1985.
[2]马鹏飞.高性能低功耗射频功率放大器的设计.硕士学位论文.西安：西安电子科技大学.2007.
[3]王科平.高效率射频功率放大器的研究.硕士学位论文.杭州：浙江大学，2006.
[4]孙文宾，黄云新，刘.鹏一种设计宽带高效E类功率放大器的方法一“参数补偿压缩法？电子学报，2001，29（11）：1536-1539