單片集成射頻微波功率放大器及開關的設計分析

楊陽

摘? 要：無線通信是現代社會信息化發展的重要組成部分，通過商用通信以及民用通信的技術發展，充分滿足了不同產業的信息傳輸需求。針對單片集成射頻微波功率放大器的電力結構以及系統特點，總結單片集成射頻微波功率放大器以及開關設計的方案，旨在通過設計方法以及射頻公路模塊的設計，增強系統運行的穩定性，以供參考。

關鍵詞：單片集成射頻微波;功率放大器;開關;設計

中圖分類號 ：TM03? ? ? 文獻標志碼：A

單片集成射頻微波功率放大器通常被運用于無線通信以及無線電系統中，其中無線發射機作為主體部分，將微波用于手機等終端系統中，可以提高系統的運行效率，滿足線性度的設計需求。微波功放系統主要包括功率MOSFET、GaAs MESFET以及SiGe HBT 晶體管等，若將這些系統作為集成電路，可以結合單片集成射頻微波功率放大器及開關的設計特點，對系統的運行狀況以及電力設計模式進行總結，增強系統工藝的處理效率，降低系統的運行難度。因此，該研究對單片集成射頻微波功率放大器及開關的設計狀況進行總結，通過對功放效率、線性度以及性能指標的總結，研究具體的技術方案，方法如下。

1 射頻微波功率放大器

射頻微波功率放大器是無線發射機中較為重要的組成部分，將其運用于射頻信號的功率放大系統中，可以通過信號的處理更好地發射信號，增強信息處理以及數據傳輸的有效性。在射頻微波功率放大器的使用過程中，應該滿足輸出功率的基本需求，確定小信號和大信號之間的區別，增強信號模型處理的有效性。在電路分析中，射頻公路放大器在工作時具有低電壓以及大電流的特點，所以，在設計射頻微波功率放大器時，應該對這一問題進行改進。在功率放大器中，若按照工作狀態進行劃分，可以將其分為線性功率放大器以及非線性功率放大器，其中，功率放大器中最重要的指標是輸出功率以及輸出功效，為了保證無線通信處理的有效性，應該對射頻微波功率放大器進行合理設計。

2 射頻微波功率放大器設計中所面臨的問題

在射頻微波功率放大器設計的過程中，整個系統結構的設計與材料、工藝存在關聯，所以，在射頻微波功率放大器的芯片設計中，所遇到的問題主要體現在2個方面。1）在射頻微波功率放大器設計中，通常會選擇CMOS的工藝頻率使用方法，這種技術的工藝成本低，將其運用于特殊工藝系統中，可以增強高頻性能系統使用的整體效率，增加工藝費用的支出。2）在高效率以及高線性度功率放大器的設備運行中，存在發生功率較低的問題，為了保證終端產品的正常運行，應該合理設計無線通信系統，通過多種方案的調試，調整功率放大器線性，所以，在射頻微波功率放大器及開關設計中，應該及時認識到工藝尺寸小以及電流密度承受低等問題，明確射頻芯片的設計難點，提高射頻微波功率放大器設計的整體水平。

3 單片集成射頻微波功率放大器及開關的設計

3.1 多級結構的功率放大器

在多級結構的功率放大器中，系統的設計方案主要包括2個部分，1種是確定每級功放的工作類型，另1種是確定幾級的功放，將這種系統運用在發射機鏈路中，可以有效提高功率放大器的輸入功率、放大器的輸出功率等。在研究過程中，為了使系統的運行獲得最高的功率，降低單個晶體管承受的電流強度，可以通過多個晶體管并聯的模式，進行電流的分散處理，以更好地降低輸出阻抗，提高系統運行的整體效率。例如，在兩級功率放大器電路結構設計中，通過非恒包絡調制方法的運用，可以增強系統運行的穩定性。兩級功放通過導角大小差異的分析，確定每一層級功率的放大功能及縮小功能，時刻保持系統運行的穩定性，改善線性度的運行狀態。而且，在發射線引入的過程中小電感會降低放大器的增益狀態，滿足放大器的運行需求。

3.2 功率晶體管的選擇

晶體管在直流工作中，在電路輸入輸出中達到抗組的目的，雖然該種設備及工藝會遇到最大電流密度的限制，但是通過晶體管的調整，可以更好地提高輸出功率，滿足設備集成電路設計的核心需求。

3.3 偏置電路

通過對單片集成射頻微波功率放大器及開關的設計狀況分析，射頻電路中的直流偏置作為較為重要的內容，再確定良好的直流偏置電路式，可以將晶體管參數以及溫度控制在合理的范圍內，時刻保持系統運行的穩定性，而且在有源偏置網絡中，能夠更好地適用多種溫度的變化。所以，在偏置電路設定過程中，需要按照放大器的設計用途，確定偏置條件，以保護單片集成射頻微波功率放大器的使用需求。

3.4 穩定性的設計

穩定性是放大器設計時較為重要的內容。在射頻功率放大器的使用過程中，出現不穩定性的原因與射頻電路中的非線性寄生參數存在關聯，當系統受到電磁干擾，會使電路發生不同的震蕩，影響端口設計、匹配網絡運行的穩定性。

在確定放大器的穩定性過程中，應該將條件穩定以及絕對穩定作為核心，首先，在條件穩定時，需要在特定射頻的網絡環境下，對部分的|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的負載，應該滿足|Γin|<1以及|Γout|<1。其次，在絕對穩定的狀況下，主要是指某個網絡在一定的工作頻率狀況下，|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的負載符合|Γin|<1以及|Γout|<1，|ΓS|<1以及|ΓL|<1的基本需求。因此，在單片集成射頻微波功率放大器及開關使用過程中，為了保證放大器系統的穩定性，可以保證串聯反饋型的穩定性，提高線性系統運行的安全性、穩定性。

3.5 匹配網絡的設計

單片集成射頻微波功率放大器及開關設計中，匹配電路可以有效地解決射頻電信號的傳輸問題。其中，阻抗匹配網絡設計作為射頻功率放大器中較為重要的設計內容，通過公路放大器匹配網絡，能夠更好地進行輸出功率、效率的系統整合，明確系統的運行指標。而且，在對兩級射頻公路放大器進行匹配時，通過輸入匹配網絡、匹配網絡以及輸出匹配網絡的綜合運用，能夠進行各個等級的耦合處理，提升系統運行的有效性。應該注意的是，在設計抗組匹配網絡中，可以利用方程計算法以及Smith圓圖方法進行設計，其中的Smith圓圖方法可以達到使用簡單、方便以及直觀的目的。

4 結語

由于微波功放技術具有復雜性，在單片集成功率設計過程中，應該明確放大器的設計標準，通過兩級功率放大器的使用，對整個設計過程進行系統分析，結合晶體管的合理選擇、偏置電路的設計以及穩定設計等，對兩級功率放大器的功率以及線性度進行系統分析，增強系統運行的穩定性。在系統設計中，也應該通過單片集成射頻微波功率放大器的合理設計，進行系統設計以及開關設計的科學選擇，提高射頻微波功率放大器設計以及系統的使用價值。

參考文獻

[1]黃林鋒.單片集成微波/射頻功率放大器技術進展[J].數碼世界， 2017（12）：289-289.

[2]王嘉文， 陶洪琪.諧波控制在射頻功率放大器設計中的應用[J]. 固體電子學研究與進展， 2018， 38（2）：101-105.

[3]林倩.射頻功率放大器互連可靠性的神經網絡建模研究[J].固體電子學研究與進展， 2018， 38（04）：49-56.

[4]李彩紅.一種Ka波段PHEMT單片集成功率放大器設計[J].現代電子技術， 2013， 36（4）：127-129.

[5]游恒果， 馮威， 倪帥.7～8 GHz單片集成高功率氮化鎵功率放大器[J].電子產品可靠性與環境試驗， 2018， v.36;No.213（3）：50-54.