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在射频系统中,射频放大器是信号链核心有源器件。但射频放大器和功率放大器却是两个概念,今天我们就来详细了解一下。
一、功率放大器
功率放大器(Power Amplifier,PA)是一种专门用来提升射频信号功率的有源器件,影响其性能参数有输出功率、增益、效率和线性度。与普通的小信号放大器相比,功率放大器通常工作在接近器件饱和区的状态,设计目标是尽可能大的输出功率。
功率放大器的输出功率范围跨度很大,从十几dBm到千瓦级都有。在通信基站、雷达发射前端、广播发射机等场景中,功率放大器位于信号链路的末端,负责把前级处理好的信号以足够的功率送出去。Pasternack 的射频功率放大器产品线覆盖了从低频到毫米波的多个频段,提供多种封装形式和接口选项,能够匹配不同功率等级和频率范围的应用需求。
二、放大器的分类
在射频系统链路中,放大器一般按信号级别和工作位置分为
1)小信号放大器:通常放在链路的接收端或者发射链路的前端,处理的是微伏到毫伏级别的信号,其特点是低噪声系数、高线性度(比如IP3)和高增益。这类放大器的输出功率一般不超过10dBm,没法直接驱动天线或者后续的大功率负载。
2)功率放大器:放在链路的发射末端,处理的是已经经过调制、上变频等处理的射频信号。它的核心任务是把信号功率提升到足以驱动天线辐射或者进入后续功率合成网络的电平。功率放大器的设计重点在于输出功率、功率附加效率(PAE)和大信号线性度(比如EVM、ACPR),而不是噪声性能。
高功率 GaN 放大器,A/AB 类,带散热器,增益 45 dB,Psat 100 W, 700 MHz ~ 2.7 GHz, 输入端 SMA,输出端 SMA
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从系统链路的视角来看,小信号放大器负责把信号质量做好,功率放大器负责把信号功率推上去。两者在增益分配、阻抗匹配、偏置条件和散热设计上的要求差异很大,不能互相替代。
三、功率放大器在系统链路中的应用
功率放大器在射频系统中主要用于:
1)无线通信基站中,功率放大器是发射天线的直接驱动器件。5G基站对功率放大器的线性度和效率要求更高,尤其是在大规模MIMO系统中,每个天线通道都需要独立的功率放大器,对器件的一致性和散热设计都是考验。
2)雷达系统中,功率放大器需要同时满足高峰值功率和宽频带的要求。脉冲雷达系统中的功率放大器通常工作在接近饱和状态,以获取最大的峰值输出功率。
3)在电子战和干扰系统中,功率放大器需要在很宽的频带内保持稳定的输出功率和增益平坦度。
4)在测试测量领域,功率放大器用来激励被测器件(DUT),模拟实际系统中的大信号条件。矢量网络分析仪的端口功率通常有限,当需要测试大功率器件(比如大功率衰减器、大功率电缆组件)时,需要通过外置功率放大器把信号提升到足够的电平。
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