面向高线性场景的平衡式射频功放设计

王群亮，于平平，姜岩峰

(江南大学 物联网工程学院，江苏 无锡 214122)

0 引 言

伴随微电子技术的持续发展，高精度微波传感器[1]、远距离通信、微波医疗设备等逐步变为现实，这使得耐热型大功率器件不断出现，千瓦(kW)级别的射频功放逐步增多。在高线性领域，D,E,F类等开关类功放，虽然效率较高，但线性较低，对谐波控制的要求很高[2]，常常加入预失真等提高线性的措施，这又对边带信号的相位产生不良影响[3]；因此，在对效率并不敏感的驱动级传感功放，甲类功放仍使用较多。

然而，在高线性传感系统中，设计可靠的甲类功放会遇到诸多挑战。首先，功率管会发出大量的热量，容易使功放长期工作而严重发热失效。其次，功放中各种元件的大量存在，使得甲类功放出现各种噪声和谐波，尤其在双音信号中，其记忆效应会更加明显[4]。

为了克服以上设计难题，本文采用平衡式结构，同时对功放内部进行谐波控制，不但避免了单一功率管芯发热过高，又抑制了级间回波损耗；同时，由于抑制了谐波，减少了元件数量，既优化了单路功放的效率、保持了甲类功放的高线性，又提高了整个功放结构的合成效率。

1 平衡式功放的原理

本文采用的平衡式功放主要由两个完全相同的放大器以及两个3 dB正交耦合器组成，如图1所示。信号在经过输入端口后，由第一个耦合器将输入信号分为两路，这两路信号幅度相等，彼此相位差为90°，它们分别被功率管芯PTVA102001EA放大后，由第二个耦合器合成为一路信号。……