高功率寬帶放大器的設(shè)計(jì)是一件非常有挑戰(zhàn)性的工作，工程師需要在多個(gè)相互對(duì)立的設(shè)計(jì)參數(shù)之間進(jìn)行折中。對(duì)于一個(gè)放大器用戶來說，不論是初始投資還是以后的運(yùn)行成本都是非常重要的考慮因素。本文將深入探討這些需求以及有哪些選擇，可以達(dá)到這些相互矛盾的設(shè)計(jì)目標(biāo)。對(duì)于具體的應(yīng)用，還會(huì)給出建議來選擇合適的放大器及最需要考量的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　寬帶放大器的設(shè)計(jì)者需要滿足多種設(shè)計(jì)需求，例如，對(duì)許多應(yīng)用來說，寬帶放大器需要足夠的線性，且在諧波頻率處是全反射的。此外，對(duì)于雷達(dá)，軍用發(fā)射機(jī)等非廣播電視的應(yīng)用來講，放大器還必須能夠承受輸出端巨大的失配，這些通常是連接天線的特性，終端負(fù)載，待測(cè)設(shè)備本身的反射等原因造成的。對(duì)于這些應(yīng)用，放大器的強(qiáng)健性，也就是說不易損壞就變得異常重要了。由于放大器損壞導(dǎo)致的不可測(cè)量，就意味著工程會(huì)面臨嚴(yán)重且昂貴的延誤，甚至實(shí)驗(yàn)室的收益也會(huì)受到損失等。從商業(yè)的角度來講，不論是初始投資還是以后的運(yùn)行成本都是非常重要的。因此，高的可靠性以及易維護(hù)性就是達(dá)到這些目標(biāo)的關(guān)鍵因素。此外，對(duì)于超大功率的寬帶放大器來說，為了降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，還需要盡可能的提高功率效率。本文的第二部分將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論。當(dāng)為某一個(gè)特定應(yīng)用尋找放大器的時(shí)候，最重要的是能都解釋清楚數(shù)據(jù)表中的各個(gè)參數(shù)，不同的功放制造商定義功放參數(shù)的方式是不一樣的。第三部分將建議如何讀懂這參數(shù)并如何對(duì)比。

　　高功率寬帶放大器設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

　　設(shè)計(jì)高功率寬帶放大器時(shí)，工程師需要對(duì)帶寬 ，增益，輸出功率以及在各種幅度和相位條件下失配的行為特性，線性度，諧波特性，功率效率等進(jìn)行綜合考慮，并從中找出最重要的優(yōu)先考慮的指標(biāo)。這些指標(biāo)大多是相互影響的，對(duì)于給定的晶體管類型來說，設(shè)計(jì)的帶寬增加，能夠得到的輸出功率就會(huì)減小。更加具有挑戰(zhàn)性的是，為了達(dá)到更大的輸出功率，匹配網(wǎng)絡(luò)以及相應(yīng)的功分電路，功率合成電路就會(huì)變得更加困難。同時(shí)，功放管的使用壽命非常依賴于放大器的散熱設(shè)計(jì)和功放管外圍的保護(hù)電路。對(duì)于A類 放大器，晶體管通常偏置在一個(gè)較大的靜態(tài)電流上，這樣可以得到一個(gè)非常線性的放大特性，但是卻要承受差的功率效率，并對(duì)晶體管帶來很大的散熱壓力。AB類放大器相比A類放大器具有低的靜態(tài)偏置電流，同樣可以得到很好的線性特性，以及好得多的功率效率，晶體管的散熱壓力得到減小。通常都采用推挽結(jié)構(gòu)來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。為了更好的理解熱應(yīng)力對(duì)晶體管使用壽命的影響，我們可以以典型LDMOS晶體管的結(jié)溫行為特性來說明，如圖1所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所說，結(jié)溫降低10度，晶體管壽命可以增加一倍。如果使用GaN晶體管，結(jié)溫的降低對(duì)壽命有更大的好處。現(xiàn)在的功放管可以提供更大的RF 功率密度，能夠?qū)崿F(xiàn)更加緊湊尺寸更小的放大器，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就變成了如何設(shè)計(jì)更加高效的熱沉來處理功放管耗散出來的大量熱能。對(duì)于A類放大器來說，這通常是難以實(shí)現(xiàn)的，需要更多的晶體管，并降低每個(gè)晶體管的最大功率輸出，來處理散熱難題。即使這樣，A類放大器在沒有射頻輸入的情況下，仍然具有很高的結(jié)溫，原因在于它們具有很大的靜態(tài)偏置電流，當(dāng)散熱設(shè)計(jì)處理不好時(shí)，使用壽命就會(huì)大大減少。

　　對(duì)于一些應(yīng)用來說，并不是總是需要寬帶放大器提供最大的功率輸出，例如進(jìn)行EMS測(cè)試。圖2 顯示的是在一個(gè)200伏/米的 EMS系統(tǒng)中，放大器加到EMS天線上的功率隨頻率變化的校準(zhǔn)曲線?？梢钥闯觯枰煌墓β瘦敵鰜磉_(dá)到相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)。如圖2 中描述的，在100MHz處，需要的最大前向功率是1050瓦左右，而在200MHz及以上頻率處 ，所需的最大前向功率降到 600瓦左右，對(duì)于某些頻點(diǎn) 甚至可以降低到400瓦左右。因此，在這些EMS應(yīng)用當(dāng)中，AB類放大器相比A類放大器具有更好的效率，晶體管更低的結(jié)溫可以帶來更長的使用壽命。

　　在EMS 測(cè)試中，為達(dá)到200伏/米的場(chǎng)強(qiáng)，放大器輸出和天線輸入端在不同頻率處所需要達(dá)到的前向功率

? ? ? 不考慮高功率寬帶放大器的類型，高的駐波比也會(huì)對(duì)晶體管帶來額外的壓力。因?yàn)榉瓷浠貋淼纳漕l功率也會(huì)消散在放大器電路中，這又進(jìn)一步增加了晶體管的結(jié)溫。為了避免高的駐波比損壞放大器，必須設(shè)計(jì)出高效的功率耗散電路，這可以通過散熱系統(tǒng)合理的布局來實(shí)現(xiàn)，包括在相關(guān)的熱點(diǎn)布置熱傳感器，也可以通過監(jiān)控晶體管的相關(guān)電壓和電流實(shí)現(xiàn)。另外，功放設(shè)計(jì)師和產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員還要決定是否增加足夠的半導(dǎo)體功率單元，以保證放大器能夠在很差的駐波比情況下仍可以提供足夠的前向功率，或者是允許放大器在一定駐波比下開始回退。更多的半導(dǎo)體功率單元就意味著成本更高的放大器，市場(chǎng)上就需要一個(gè)更高的價(jià)格。
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