浅谈射频放大器-你可能不知道的事儿

浅谈射频放大器--你可能不知道的事儿亲爱的朋友们，在我们学习射频微波这门学问的时候，相信各位总是不断的面临困惑，我们只有不断的解决困惑，才能不断的提高，知识是无止境的，活到老，学到老!今天射频君（呵呵，有点小日本的意思）将自己之前碰到的一些困惑写下来，一来回首过去，有所总结，二来，希望对诸君有所裨益！因为走心，难免思绪万千，有点杂乱，望诸位读者体谅。1.射频放大器的设计要点在现代通信传输系统中，射频放大器作为有源器件一大巨头，已经是整个传输链路中不可缺少的一部分，信号通过天线传播到空间中，势必会发生散射，反射，引起衰落，所以必须当信号功率足够大时，才能顺利将信号传送到目的地，由此可见，功率放大器在发射通道中是不可或缺的一部分。在接收端，由于接收天线接收的信号已经很微弱，而后续需要对信号进行混频，滤波等处理，显然信号功率过小，对后续信号处理也会造成影响，所以也有必要将此微弱的信号进行放大，这时候就要用到低噪声放大器了。低噪声放大器区别于功率放大器的很重要一点就是一个注重放大器输出功率，另外一个注重噪声和增益，但是归根结底，他们同属放大信号功率的。综上所述，射频放大器对于信号的发射与接收，都起着不可替代的作用。图一，放大器放大信号示意图对于放大器的选型，由于每个系统都会有不一样的指标要求，所以这里就重点讨论从放大器的设计到安装，以及一些调试的要点，首先，我们可以从它的结构来看，下图是一个常见的放大器的电路结构：图二,MAG30889Applicationcircuit整个链路，包括三大部分，输入匹配电路，输出匹配电路和偏置电路，对于匹配电路，我们可以利用一下辅助性的工具，例如ADS等大致匹配到某个频段，这个频段通常是窄频，然后进行适当的微调，就能调出相对较好的指标。上图的是AVAGO公司的MGA30889系列产品，匹配电路已经在芯片内部匹配完善，我们只是需要添加适当的隔直电容，如图C7和C8，L1和C8构成了直流偏置电路，C1，C2，C3是电源滤波电容。隔直电容在放大器中通常是需要的，它的大小影响着工作频段的截止频率，简单来说，由于趋肤效应，电容在高频状态下会呈现一定的高频效应，这里的电容不仅仅是简单的电容了，它相当于一个高通滤波器，隔直电容通常选取100pF，1000pF或者0.01uF,电容越小，截止频率越高，高频损耗越大，反之，电容容量越大，截止频率低，高频损耗小。再看偏置部分，电感L越大，截止频率越低，，但是高频特性较差，容易出现谐波，电感越小，截止频率越高，高频特性好。通常这里的电感如果不是匹配用，通常在100nH以上，电感容量应该大于此处的供电电流，如果供电电流较大，就必须选择封装大一点的电感。如果对增益平坦度要求较高的话，就可以考虑采用加锥形电感的方式，搭配高频电容，这种方式做的BIAS-TEE通常能满足要求。元器件电路部分搞定之后，就得注意其他的几个方面了，通常是做那种超宽带放大器的时候，以下的部分将重点为大家带来高频放大器的一些制作要点。2.射频放大器的装配调试要点第一点需要注意的是PCB板的接地状况，通常我们用的高频板是RO4350，板材安装有两种方式，一种是螺钉安装固定法，方法是分别在板材上打孔，然后在金属盒体钻螺纹，然后用螺钉固定，通常这种方式受限于板材和盒体的大小，以及考虑到散热等问题，一般用在频率较低的设计中，通常使用频率小于20GHz,这种方式也必须注意板材接地良好，良好的意思不是螺钉固定很紧，而是保证板材与腔体接触良好，因为板材的厚度即电磁波内外导体之间的距离（类比线缆），如果板子有一块凸起或者凹陷，都会使电磁波在传输过程中处于失配的状态，这样传输过程中，驻波比就会恶化，增益也偏离理想状况，这种情况对于高频部分显得尤为关键，通常对于放大器调试过程中，在大的方向，包括电子元器件的焊接，以及芯片焊接都没问题时，板子接地就是很重要的。第二种方式是在板子背面和腔体底部分别加锡，然后通过锡连接。这个时候必须用到工装—加热平台，这是一种恒温装置，可调温，当温度到达指定温度时，有恒温的作用。操作步骤是先将腔体放在加热平台，在腔体底部加锡，然后找一块废弃的PCB板将锡捋平，冷却。将已经焊好的板子放到腔体里面，摆好位置然后整体放在加热平台上，继续调整板子的位置，最好居中放置，输入输出分别对好腔体的输入输出端，最后在输入输出端加上玻璃绝缘子即可完成安装过程。图三，恒温加热平台第二点需要注意的是电源供电问题，通常在我们放大器中，对于高频，输出功率较高的放大器，一般同时有几级放大器级联，而且通常会有负压，有些放大器有供电先后顺序的，必须得先加负压，然后加正压，所以如何利用一些手段来解决单电源供电，以及同时能保证供电顺序的要求，然后还得保证引入电源后，尽可能降低电源对射频链路的干扰就是一大难点，通常采用的方法是结合电压转化芯片和延时电路来解决供电问题，然后加上一些滤波电容解决杂波干扰的问题，必要时加一些吸波材料。第三点是放大器的散热问题，大家都知道，放大器是有源器件，将一部分电能转换为加大有用信号的功率，另外一部分就主要转换为热能，对于功耗较大的功放，如果不及时把热量散去，那么温度持续上升，芯片局部温度将会达到很高，最终温度过高，将会烧毁放大器。放大器散热有两种方式，第一种是通过热传导，利用金属腔体传热与外部进行热交换，从而达到温度降低的目的，第二种是外部添加散热模块，来加快温度交换，常见的散热模块有散热片和风扇，它们都能达到降温的目的！图四，散热模块说到这里，相信大家可能对射频放大器有一个基本的了解吧，由于篇幅等问题，只能大致的介绍一些简单的步骤，各位同仁如果有兴趣，可以联系我，我们可以一块学习，讨论！虽然简短，但放大器却变得不再那么神秘，内容都是射频君（呵呵）在实际做放大器的过程中的一些经验，错误估计是不可避免，有之，请各位同仁不吝指正，某将不胜感激！