七问射频功率放大器，功能部分

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在射频信号链中，功率放大器 （PA） 是位于发射机信号链电路和天线之间的有源元件，图 1。它通常是一个分立元件，其要求和参数与许多发射链和接收器电路的要求和参数不同。
此常见问题解答将研究 PA 的作用及其特征。
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- v# L$ Z$ j. n" b2 }问：PA 做什么？

1 c6 x4 ?8 Z7 C# j* x: \答：PA的基本功能在概念上非常简单。它采用低功耗射频信号，已经采用数据编码和调制，并采用所需频率，并将其信号强度提升至设计所需的水平。此功率级别可以是毫瓦到数十、数百或数千瓦。PA 不会更改信号形状、格式或模式，但"仅"放大信号形状、格式或模式。
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问：PA 始终是一个独立的离散组件吗？
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& B/ l# Z' n7 b$ j3 F- d/ x0 A5 y答：不。对于功率较低的射频输出，功率为 100 mW 或更少，PA 可能是 RF 传输 IC 的一部分，甚至更大的收发器 IC 的一部分。虽然这样实现 PA 可以节省 BOM 成本，但确实需要设计人员非常小心 RF IC 和天线的物理放置，因为 RF 信号路由是一项挑战。此外，片上PA的设计和执行可能会迫使其性能或相关射频电路的性能难以降低。

在 500-1000 W 之间的高功率电平的另一个极端情况下，单个离散 PA 可能无法处理功率电平。在这些情况下，可以并行使用多个 PA 设备。虽然这样做可以解决电源问题，但并行设计带来了电源平衡、电流共享、热匹配、处理和防止个别故障或过热等新问题。
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问：什么是 MMIC？

* c6 g; r8 G- ]3 N6 `% v答：带或不带 PA 的射频 IC 称为 MMIC+ 毫米 IC， 尽管严格地说，毫米波跨越 30 GHz 到 300 GHz，而从 1 GHz 到 30 GHz 的范围被视为微波。但常见的用法通常使用术语MMIC为更高的微波频率。

问：射频帕使用什么半导体工艺？

% D: h' O. t8 q/ T9 E0 S) K! a5 T答：除了标准的MOSFET，直到大约十年前，占主导地位的过程是阿塞尼德（GaAs），它仍然使用今天，主要是在<5 W范围的智能手机和有线电视。在更高的功率水平上，由于市场需求和供应商的大量工艺投资，氮化铀（GaN）在过去十年中取得了重大进展。GaN 是新设计中最受欢迎的 PA 工艺。

问：操作频率如何进入情况？

0 J7 i; _! {  X$ _答：每当有射频设计时，关键问题是功率和频率，以及一个因素对另一个因素的影响。2000兆赫的FET工作频率高达数百兆赫，但可以达到GHz范围，而GaAs对几十GHz很有用，尽管最好低于10GHz。在频率到几十 GHz，其中大部分新兴的射频活动是集中的（想想 5G），GaN 是最有吸引力的过程。（当然，这些一般性声明中每个都有例外，加上整个区域都在快速移动，因此这些一般性声明在不断变化。
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请注意，流程技术只是故事的一部分。另一部分是如何使用该过程，在制造拓扑方面，选项包括双极结晶体管（BJT）、增强模式MOSFET、异质双极晶体管（HBTs）、金属半导体FET（MESFET）、高电子流动性晶体管（HEMT）和横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）。每个的细微之处通常与 PA 用户没有直接关系，但它们确实会影响 PA 可以做什么及其限制。

, V3 `3 \+ X; y3 A* {' u2 N问：假设 PA 具有正确的规范，影响其使用的主要设计问题是什么？
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% M9 A. Y. o5 }/ k! v/ O5 G) a答：有三种：布局、信号完整性和寄生性;热管理（PA 效率通常为 30% 至 70%），散热器、气流和导电/约定冷却;并开发一个与天线匹配的阻抗网络。

问：布局和热管理似乎足够简单，可以预测和建模，但匹配如何？

3 g2 u! c# c8 R3 f答：匹配是棘手的，因为可接受的匹配（在大多数情况下会导致 VSWR <2） 需要仔细建模、使用 Smith 图表（图3）或类似工具，以及通常使用 VNA（矢量网络分析器）。但真正的挑战是，负载的参数-这里，天线-可能不是恒定的。

例如，如果最终产品是智能手机，则用户手和身体以及附近其他物体的位置会影响负载阻抗，从而影响阻抗匹配的优度。随着使用过程中情况的变化，天线"去调"和VSWR将增加，导致辐射能量效率低下，可能过热和热关闭。以下是可用于抵消这些变化的技术，如动态阻抗匹配，但这些技术增加了成本和复杂性。
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在射频信号链中，功率放大器 （PA） 是位于发射机信号链电路和天线之间的有源元件，它通常是一个分立元件，其要求和参数与许多发射链和接收器电路的要求和参数不同。