射頻與微波功率放大器工程設計

內容簡介

功率放大器是無線通信系統發射機的重要組成部分。本書從工程設計要求出發，以不同公司的射頻與微波功率放大器器件為基礎，通過大量的示例，圖文並茂地介紹了射頻與微波獄重屑功率放大器器件和參數，射頻與微波電晶體功率放大器電路，單片射頻與微波功率放大器電路，射頻與微波功率檢測/控制電路和電源電路，汽謎辯射頻與微波電路PCB設計和散熱設計，以及電路設計和製作中的一些方法、技巧和應該注意的問題，具有很強的工程性和實用性。

圖書目錄

第1章射頻與微波功率放大器器件基茅棄疊礎 1

1.1 可選擇的射頻與微波功率放大器器件 1

1.1.1 ADI公司的射頻與微波功率放大器器件 1

1.1.2 ANADIGICS公司的射頻與微波功率放大器器件 2

1.1.3 Avago Technologies公司的射頻與微波功率放大器器件 3

1.1.4 飛思卡爾半導體公司的射頻與微波功率放大器器件 4

1.1.5 Infineon Technologies公司的射頻與微波功率放大器器件 5

1.1.6 Linear Technology公司的射頻與微波功率放大器器件 6

1.1.7 Maxim公司的求判龍射頻與微波功率放大器器件 8

1.1.8 Microchip公司的射頻與微波功率放大器和棵晚戰器件 8

1.1.9 Microsemi公司的射頻與微波功率放大器器件 10

1.1.10 New Japan Radio公司的射頻與微波功率放大器器件 11

1.1.11 NXP Semiconductors公司的射頻與微波功率放大器器件 11

1.1.12 Renesas Electronics公司的射頻與微波功率放大器器件 12

1.1.13 RF Micro Devices公司的射頻與微波功率放大器器件 13

1.1.14 意法半導體（ST）公司的射頻與微波功率放大器器件 14

1.1.15 Skywork公司的射頻與微波功率放大器器件 14

1.1.16 TI（德州儀器）公司的射頻與微波功率放大器器件 15

1.1.17 TriQuint Semiconductor公司的射頻與微波功率放大器器件 17

1.1.18 三菱電機機電（上海）有限公司的射頻與微波功率放大器器件 18

1.2 數據表中希喇的射頻與微波功率放大器參數 19

1.2.1 絕對最大值 19

1.2.2 推薦工作條件 20

1.2.3 電特性 21

1.2.4 溫度範圍 24

1.2.5 熱特性 24

第2章射頻電路設計基礎 26

2.1 頻譜 26

2.2 電阻（器）的射頻特性 27

2.2.1 電阻器的射頻等效電路 27

2.2.2 片狀電阻的外形和尺寸 28

2.3 電容（器）的射頻特性 28

2.3.1 電容器的阻抗頻率特性 28

2.3.2 電容器的衰減頻率特性 30

2.3.3 電容器的ESR和ESL特性 30

2.4 電感（器）的射頻特性 32

2.4.1 電感器的阻抗頻率特性 32

2.4.2 電感器的Q值頻率特性 33

2.4.3 電感器的電感值頻率特性 34

2.5 鐵氧體元件 35

2.5.1 鐵氧體元件的基本特性 35

2.5.2 鐵氧體磁珠的基本特性 36

2.5.3 片式鐵氧體磁珠 38

2.5.4 鐵氧體磁珠的安裝位置 47

2.5.5 EMC（電磁兼容）用鐵氧體 48

2.6 傳輸線 50

2.6.1 傳輸線的定義 50

2.6.2 傳輸線的類型與特性 51

2.7 Smith圓圖 53

2.7.1 等反射圓 54

2.7.2 等電阻圓圖和等電抗再跨勸辨圓圖 54

2.7.3 Smith圓圖（阻抗圓圖） 56

2.7.4 Smith圓圖的套用 56

2.8 網路與網路參數 69

2.9 天線 73

2.9.1 天線種類 73

2.9.2 天線的基本參數 76

2.9.3 天線分離濾波器 80

第3章射頻功率放大器電路基礎 85

3.1 射頻功率放大器的主要技術指標 85

3.1.1 輸出功率 85

3.1.2 效率 87

3.1.3 線性 88

3.1.4 雜散輸出與噪聲 89

3.2 射頻功率放大器電路結構 89

3.2.1 射頻功率放大器的分類 89

3.2.2 A類射頻功率放大器電路 90

3.2.3 B類射頻功率放大器電路 93

3.2.4 C類射頻功率放大器電路 97

3.2.5 D類射頻功率放大器電路 99

3.2.6 E類射頻功率放大器電路 103

3.2.7 F類射頻功率放大器電路 106

3.3 功率放大器電路的阻抗匹配網路 110

3.3.1 阻抗匹配網路的基本要求 110

3.3.2 集總參數的匹配網路 110

3.3.3 傳輸線變壓器匹配網路 112

3.4 功率合成與分配 115

3.4.1 功率合成器 115

3.4.2 功率分配器 119

3.5 功率放大器的線性化技術 123

3.5.1 前饋線性化技術 123

3.5.2 反饋技術 124

3.5.3 包絡消除及恢復技術 126

3.5.4 預失真線性化技術 126

3.5.5 採用非線性元件的線性放大（LINC） 128

3.6 功率電晶體的二次擊穿與散熱 129

第4章　射頻與微波電晶體功率放大器套用電路 132

4.1 射頻與微波功率電晶體的主要參數 132

4.1.1 常用的射頻與微波功率電晶體類型 132

4.1.2 射頻與微波功率電晶體的絕對最大值 136

4.1.3 射頻與微波功率電晶體推薦的工作條件 138

4.1.4 射頻與微波功率電晶體的電特性（數據表） 140

4.1.5 射頻與微波功率電晶體的特性曲線圖 147

4.1.6 射頻與微波電晶體的溫度範圍 150

4.1.7 射頻與微波電晶體的熱特性 150

4.1.8 射頻與微波電晶體的測試（評估板）電路 152

4.2 射頻與微波雙極性電晶體功率放大器套用電路實例 154

4.2.1 ISM 433MHz功率放大器套用電路 154

4.2.2 ISM 866MHz功率放大器套用電路 155

4.2.3 1W 900MHz 3.6V功率放大器套用電路 156

4.2.4 40～3600MHz 20dB功率放大器套用電路 156

4.2.5 400～2200MHz 15dB功率放大器套用電路 159

4.2.6 0～6GHz 14～20.5dB功率放大器套用電路 160

4.3 射頻與微波場效應管功率放大器套用電路實例 162

4.3.1 630mW VHF/UHF功率放大器套用電路 162

4.3.2 7.5W VHF/UHF功率放大器套用電路 162

4.3.3 12W VHF/UHF功率放大器套用電路 163

4.3.4 300W 50V FM（調頻）廣播功率放大器套用電路 163

4.3.5 135～175MHz 8W 7.5V功率放大器套用電路 164

4.3.6 450～520MHz 3W 12.5V功率放大器套用電路 165

4.3.7 520MHz 8W 7.5V功率放大器套用電路 167

4.3.8 155～950MHz 40.2dBm功率放大器套用電路 168

4.3.9 1GHz 30W 28V功率放大器套用電路 170

4.3.10 1GHz 120W 28V功率放大器套用電路 171

4.3.11 200～2100MHz 100W功率放大器套用電路 173

4.3.12 1.8～2.2GHz 180W功率放大器套用電路 174

4.3.13 2.110～2.170MHz 300W功率放大器套用電路 175

4.3.14 1.7～2.7GHz 28V 23W WiMAX功率放大器套用電路 176

4.3.15 3.3～3.8GHz 28V 15W WiMAX功率放大器套用電路 177

4.3.16 0～4000MHz 25W 28V功率放大器套用電路 178

4.4 射頻與微波LDMOS電晶體功率放大器套用電路實例 179

4.4.1 45W 28V FM（調頻）廣播用功率放大器套用電路 179

4.4.2 400～470MHz 4W 7.2V功率放大器套用電路 180

4.4.3 400～500MHz 8W 12.5V功率放大器套用電路 181

4.4.4 340～520MHz 10W 15V功率放大器套用電路 182

4.4.5 460～540MHz 20W 13.6V功率放大器套用電路 183

4.4.6 10～512MHz 120W功率放大器套用電路 184

4.4.7 470～860MHz 110W DVB-T UHF功率放大器套用電路 186

4.4.8 860～960MHz 1W 7.2V功率放大器套用電路 187

4.4.9 860～960MHz 4W 13.6V功率放大器套用電路 188

4.4.10 740～950MHz 5W 7.2V功率放大器套用電路 189

4.4.11 1GHz 6W 28V功率放大器套用電路 190

4.4.12 1GHz 18W/30W/45W/60W/70W 28V功率放大器套用電路 191

第5章　單片射頻與微波功率放大器套用電路 193

5.1 單片射頻與微波功率放大器的主要參數 193

5.1.1 常用的單片射頻與微波功率放大器類型 193

5.1.2 單片射頻與微波功率放大器的絕對最大值 195

5.1.3 單片射頻與微波功率放大器推薦的工作條件 198

5.1.4 單片射頻與微波功率放大器的電特性（數據表） 199

5.1.5 單片射頻與微波功率放大器的特性曲線圖 202

5.1.6 單片射頻與微波功率放大器的溫度範圍 204

5.1.7 單片射頻與微波功率放大器的熱特性 204

5.1.8 單片射頻與微波功率放大器的測試（評估板）電路 205

5.2 通用型單片射頻與微波功率放大器套用電路實例 206

5.2.1 150～960MHz 32dBm功率放大器套用電路 206

5.2.2 380～960MHz 1W功率放大器套用電路 208

5.2.3 728～756MHz 27dBm線性功率放大器套用電路 209

5.2.4 851～894MHz 27.2dBm線性功率放大器套用電路 210

5.2.5 800～960MHz 29dBm線性功率放大器套用電路 211

5.2.6 810～960MHz 29.5dBm功率放大器套用電路 212

5.2.7 800～1000MHz 250mW增益可控功率放大器套用電路 213

5.2.8 800～1000MHz 1W功率放大器套用電路 215

5.2.9 1200～1400MHz 90W功率放大器套用電路 217

5.2.10 20～1500MHz 5W MMIC功率放大器套用電路 218

5.2.11 1.2～1.85GHz 150W功率放大器套用電路 218

5.2.12 1.7～2.2GHz 1W功率放大器套用電路 219

5.2.13 1.8～2.5GHz 30dBm線性功率放大器套用電路 220

5.2.14 1.8～2.5GHz 33dBm線性功率放大器套用電路 220

5.2.15 2.4～2.5GHz 22.5dBm線性功率放大器套用電路 223

5.2.16 2.4～2.5GHz 21dBm線性功率放大器套用電路 225

5.2.17 400～2700MHz 1 W MMIC 線性功率放大器套用電路 225

5.2.18 2.1～2.7GHz 1W功率放大器套用電路 227

5.2.19 3.3～3.8GHz 1W功率放大器套用電路 227

5.2.20 6～20GHz 15dBm線性功率放大器套用電路 228

5.2.21 18～27GHz 29dBm功率放大器套用電路 229

5.2.22 28～31GHz 33/36dBm功率放大器套用電路 229

5.2.23 27～32GHz 28.5dBm MMIC功率放大器套用電路 229

5.2.24 25～33GHz 0.7W MMIC功率放大器套用電路 231

5.2.25 25～35GHz Ka波段25dBm功率放大器套用電路 231

5.2.26 36～40GHz 26dBm MMIC功率放大器套用電路 232

5.2.27 36～40GHz 29dBm MMIC功率放大器套用電路 233

5.2.28 37～40GHz 1W MMIC功率放大器套用電路 234

5.2.29 40.5～43.5GHz 27.5dBm線性功率放大器套用電路 234

5.3 無線區域網路（WLAN）功率放大器套用電路實例 235

5.3.1 2.45GHz 24.5dBm 802.11g WLAN功率放大器套用電路 235

5.3.2 2.4GHz 25dBm 802.11g/b WLAN功率放大器套用電路 236

5.3.3 2.4GHz 20dBm 802.11b/g WLAN功率放大器套用電路 237

5.3.4 2.4/5GHz 20dBm 802.11a/b/g WLAN功率放大器套用電路 238

5.3.5 2.4GHz 30dBm IEEE802.11b/g功率放大器套用電路 239

5.3.6 2.4GHz 21dBm IEEE802.11b/g/n功率放大器套用電路 240

5.3.7 2.4GHz 27dBm IEEE802.11b/g/n功率放大器套用電路 242

5.3.8 5GHz 802.11a/n 18dBm功率放大器套用電路 242

5.3.9 4.90～5.85GHz 802.11a/n WLAN功率放大器套用電路 243

5.3.10 2.4/5GHz 802.11a/b/g WLAN功率放大器套用電路 244

5.3.11 2.4/5GHz 802.11a/b/g/n WLAN功率放大器套用電路 245

5.4 WiMAX和WiFi功率放大器套用電路 246

5.4.1 2.3～2.4GHz 25dBm WiMAX功率放大器套用電路 246

5.4.2 2.4～2.5GHz 29dBm WiFi功率放大器套用電路 247

5.4.3 2.4～2.5GHz 28dBm WiFi功率放大器套用電路 247

5.4.4 2.2～2.7GHz 2W WiMAX和WiFi功率放大器套用電路 248

5.4.5 2.3～2.7GHz 25dBm WiMAX和WiFi功率放大器套用電路 248

5.4.6 3.3～3.8GHz 25dBm WiMAX功率放大器套用電路 250

5.4.7 4.9～5.9GHz 25dBm WiFi功率放大器套用電路 250

5.5 射頻前端套用電路實例 251

5.5.1 2.4GHz高線性度WLAN前端模組套用電路 251

5.5.2 2.4～2.5GHz 802.11b/g/n WiFi前端模組套用電路 252

5.5.3 2.4～2.5GHz 高功率前端模組套用電路 252

5.5.4 2.4GHz 22dBm射頻前端模組套用電路 253

5.5.5 802.11a/b/g/n WLAN/藍牙射頻前端模組套用電路 255

5.5.6 802.11a/b/g/n WLAN射頻前端模組套用電路 255

5.6 驅動放大器套用電路實例 256

5.6.1 700～1000MHz 27dBm驅動放大器套用電路 256

5.6.2 700MHz～1GHz 1W驅動放大器套用電路 257

5.6.3 700MHz～1GHz 2W線性驅動放大器套用電路 258

5.6.4 0～1800MHz 21.0dBm驅動放大器套用電路 258

5.6.5 5～2000MHz 24.0dBm驅動放大器套用電路 258

5.6.6 250～2500MHz 24dBm驅動放大器套用電路 260

5.6.7 100MHz～2.7GHz 9dBm 50驅動放大器套用電路 260

5.6.8 700～2700MHz 24dBm驅動放大器套用電路 262

5.6.9 1800～2700MHz 30.7dBm驅動放大器套用電路 263

5.6.10 0～3500MHz 28.6dBm驅動放大器套用電路 264

5.6.11 40MHz～4GHz 19.5dBm驅動放大器套用電路 265

5.6.12 400～4000MHz 29.1dBm驅動放大器套用電路 265

5.6.13 0～5.5GHz 11.6dBm驅動放大器套用電路 268

5.6.14 0.5～6GHz 22dBm 50驅動放大器套用電路 269

5.6.15 6～20GHz 19.5dBm驅動放大器套用電路 274

5.6.16 32～45GHz 24dBm Ka頻帶驅動放大器套用電路 275

5.6.17 41～45GHz 18dBm Q頻帶驅動放大器套用電路 276

第6章射頻與微波功率檢測/控制套用電路 277

6.1 射頻與微波功率檢測/控制電路的主要類型和特性 277

6.2 射頻信號功率檢測/控制套用電路實例 280

6.2.1 100kHz～1GHz射頻功率檢測器套用電路 280

6.2.2 10～1000MHz 83dB射頻功率檢測器套用電路 281

6.2.3 0.8～2GHz射頻功率檢測器套用電路 282

6.2.4 低頻～2.5GHz的功率、增益和VSWR檢測器/控制器套用電路 283

6.2.5 0.1GHz～2.5GHz 75dB對數檢測器/控制器套用電路 287

6.2.6 100MHz～2.7GHz 45dB射頻功率檢測器/控制器套用電路 289

6.2.7 50Hz～2.7GHz 60dB TruPwr功率檢測器套用電路 290

6.2.8 800MHz～2.7GHz 80dB射頻功率檢測器套用電路 293

6.2.9 50MHz～3GHz 60dB射頻功率檢測器套用電路 294

6.2.10 50MHz～3.5GHz射頻功率檢測器套用電路 295

6.2.11 50MHz～4GHz 40dB對數功率檢測器套用電路 296

6.2.12 100MHz～6GHz TruPwr功率檢測器套用電路 297

6.2.13 450MHz～6GHz 45dB峰值和RMS功率測量套用電路 297

6.2.14 600MHz～7GHz 26～12dB射頻功率檢測器套用電路 300

6.2.15 1MHz～8GHz 70dB對數檢測器/控制器套用電路 301

6.2.16 1MHz～10GHz 50dB對數檢測器/控制器套用電路 303

6.2.17 10MHz～10GHz 67dB TruPwr檢波器套用電路 305

6.2.18 40MHz～10GHz 57dB RMS射頻功率檢波器套用電路 309

6.2.19 7ns回響時間15GHz射頻功率檢波器套用電路 310

第7章射頻與微波功率放大器的電源電路 311

7.1 射頻系統的電源要求 311

7.1.1 射頻系統的電源管理 311

7.1.2 射頻系統的電源噪聲控制 314

7.1.3 手持設備射頻功率放大器的供電電路 319

7.2 LDO線性穩壓器電源電路 323

7.2.1 LDO線性穩壓器與DC-DC轉換器的差異 323

7.2.2 LDO線性穩壓器簡介 325

7.2.3 選擇LDO線性穩壓器的基本原則 328

7.2.4 LDO線性穩壓器的參數 329

7.2.5 LDO線性穩壓器的PSRR 337

7.2.6 LDO線性穩壓器電容選型 343

7.3 超低噪聲高PSRR射頻LDO線性穩壓器電路實例 352

7.3.1 500mA超低噪聲、高PSRR射頻LDO線性穩壓器電路 352

7.3.2 200mA超低噪聲、高PSRR射頻LDO線性穩壓器電路 353

7.3.3 36V/1A/4.17V（RMS值）射頻LDO線性穩壓器電路 354

7.3.4 2A輸出電流RMS值6V噪聲RF LDO線性穩壓器 356

7.4 射頻功率放大器電源電路實例 359

7.4.1 基帶和RFPA電源管理單元（PMU） 359

7.4.2 用於RFPA的可調節降壓DC-DC轉換器 360

7.4.3 具有MIPI® RFFE接口的RFPA降壓DC-DC轉換器 370

7.4.4 用於3G和4G的RFPA降壓-升壓轉換電路 380

7.4.5 具有MIPI® RFFE接口的3G/4G RFPA降壓-升壓轉換器 384

7.4.6 300mA 3.6V RFPA電源電路 387

第8章射頻與微波電路PCB設計 389

8.1 PCB的RLC 389

8.1.1 PCB的導線電阻 389

8.1.2 PCB導線的電感 389

8.1.3 PCB導線的阻抗 391

8.1.4 PCB導線的互感 392

8.1.5 PCB電源和接地平面電感 393

8.1.6 PCB的導線電容 394

8.1.7 PCB的平行板電容 395

8.1.8 PCB的過孔電容 395

8.1.9 PCB的過孔電感 396

8.1.10 典型過孔的R、L、C參數 396

8.1.11 過孔的電流模型 397

8.2 PCB電源/地平面 397

8.2.1 PCB電源/地平面的功能 397

8.2.2 PCB電源/地平面設計的一般原則 398

8.2.3 PCB電源/地平面疊層和層序 400

8.2.4 PCB電源/地平面的負作用 404

8.3 PCB傳輸線 405

8.3.1 微帶線 405

8.3.2 埋入式微帶線 406

8.3.3 單帶狀線 407

8.3.4 雙帶狀線或非對稱帶狀線 408

8.3.5 差分微帶線和差分帶狀線 408

8.3.6 傳輸延時與介電常數r的關係 409

8.3.7 PCB傳輸線設計與製作中應注意的一些問題 409

8.4 射頻與微波電路PCB設計的一些技巧 415

8.4.1 利用電容的“零阻抗”特性實現射頻接地 415

8.4.2 利用電感的“無窮大阻抗”特性輔助實現射頻接地 417

8.4.3 利用“零阻抗”電容實現複雜射頻系統的射頻接地 417

8.4.4 利用半波長PCB連線線實現複雜射頻系統的射頻接地 418

8.4.5 利用1/4波長PCB連線線實現複雜射頻系統的射頻接地 419

8.4.6 利用1/4波長PCB微帶線實現電路的隔離 419

8.4.7 PCB連線上的過孔數量與尺寸 420

8.4.8 連線埠的PCB連線設計 420

8.4.9 諧振迴路接地點的選擇 421

8.4.10 PCB保護環 422

8.4.11 利用接地平面開縫減小電流回流耦合 422

8.4.12 隔離 425

8.4.13 PCB走線形式 427

8.4.14 寄生振盪的產生與消除 429

8.5 PCB天線設計實例 431

8.5.1 300～450MHz發射器PCB環形天線設計實例 431

8.5.2 868MHz和915MHz PCB天線設計實例 436

8.5.3 915MHz PCB環形天線設計實例 437

8.5.4 緊湊型868/915 MHz天線設計實例 440

8.5.5 868MHz/915MHz/955MHz倒F PCB天線設計實例 440

8.5.6 868MHz/915MHz/920MHz微型螺旋PCB天線設計實例 441

8.5.7 2.4GHz F型PCB天線設計實例 442

8.5.8 2.4GHz 倒F PCB天線設計實例 444

8.5.9 2.4GHz小尺寸PCB天線設計實例 444

8.5.10 2.4GHz 蜿蜒式PCB天線設計實例 446

8.5.11 2.4GHz摺疊偶極子PCB天線設計實例 447

8.5.12 868MHz/2.4GHz可選擇單/雙頻段的單極子PCB天線設計實例 448

8.5.13 2.4 GHz YAGI PCB天線設計實例 448

8.5.14 2.4GHz全波PCB環形天線設計實例 450

8.5.15 2.4GHz PCB槽（slot）天線設計實例 450

8.5.16 2.4GHz PCB片式天線設計實例 451

8.5.17 2.4GHz藍牙、802.11b/g WLAN片式天線設計實例 452

第9章射頻與微波功率放大器的散熱設計 453

9.1 散熱設計基礎 453

9.1.1 熱傳遞的三種方式 453

9.1.2 溫度（高溫）對元器件及電子產品的影響 454

9.1.3 溫度減額設計 454

9.2 射頻與微波功率放大器器件的封裝與熱特性 458

9.2.1 射頻與微波功率放大器器件的封裝 458

9.2.2 與器件封裝熱特性有關的一些參數 460

9.2.3 器件封裝的基本熱關係 462

9.2.4 常用IC封裝的熱特性 463

9.2.5 器件的最大功耗聲明 468

9.2.6 最大功耗與器件封裝和溫度的關係 469

9.3 PCB的散熱設計 473

9.3.1 PCB的熱性能分析 473

9.3.2 PCB基材的選擇 474

9.3.3 PCB元器件的布局 475

9.3.4 PCB的布線 477

9.3.5 均勻分布熱源的穩態傳導PCB的散熱設計 479

9.3.6 鋁質散熱芯PCB的散熱設計 481

9.3.7 PCB之間的合理間距設計 482

9.4 裸露焊盤的PCB設計 483

9.4.1 裸露焊盤簡介 483

9.4.2 裸露焊盤連線的基本要求 487

9.4.3 裸露焊盤散熱通孔的設計 489

9.4.4 裸露焊盤的PCB設計示例 491

9.5 散熱器的安裝與接地 495

9.5.1 散熱器的安裝 495

9.5.2 散熱器的接地 500

參考文獻 503

射頻與微波功率放大器工程設計

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