单片集成射频微波功率放大器及开关的设计分析

杨阳

摘  要：无线通信是现代社会信息化发展的重要组成部分，通过商用通信以及民用通信的技术发展，充分满足了不同产业的信息传输需求。针对单片集成射频微波功率放大器的电力结构以及系统特点，总结单片集成射频微波功率放大器以及开关设计的方案，旨在通过设计方法以及射频公路模块的设计，增强系统运行的稳定性，以供参考。

关键词：单片集成射频微波;功率放大器;开关;设计

中图分类号 ：TM03      文献标志码：A

单片集成射频微波功率放大器通常被运用于无线通信以及无线电系统中，其中无线发射机作为主体部分，将微波用于手机等终端系统中，可以提高系统的运行效率，满足线性度的设计需求。微波功放系统主要包括功率MOSFET、GaAs MESFET以及SiGe HBT 晶体管等，若将这些系统作为集成电路，可以结合单片集成射频微波功率放大器及开关的设计特点，对系统的运行状况以及电力设计模式进行总结，增强系统工艺的处理效率，降低系统的运行难度。因此，该研究对单片集成射频微波功率放大器及开关的设计状况进行总结，通过对功放效率、线性度以及性能指标的总结，研究具体的技术方案，方法如下。

1 射频微波功率放大器

射频微波功率放大器是无线发射机中较为重要的组成部分，将其运用于射频信号的功率放大系统中，可以通过信号的处理更好地发射信号，增强信息处理以及数据传输的有效性。在射频微波功率放大器的使用过程中，应该满足输出功率的基本需求，确定小信号和大信号之间的区别，增强信号模型处理的有效性。在电路分析中，射频公路放大器在工作时具有低电压以及大电流的特点，所以，在设计射频微波功率放大器时，应该对这一问题进行改进。在功率放大器中，若按照工作状态进行划分，可以将其分为线性功率放大器以及非线性功率放大器，其中，功率放大器中最重要的指标是输出功率以及输出功效，为了保证无线通信处理的有效性，应该对射频微波功率放大器进行合理设计。

2 射频微波功率放大器设计中所面临的问题

在射频微波功率放大器设计的过程中，整个系统结构的设计与材料、工艺存在关联，所以，在射频微波功率放大器的芯片设计中，所遇到的问题主要体现在2个方面。1）在射频微波功率放大器设计中，通常会选择CMOS的工艺频率使用方法，这种技术的工艺成本低，将其运用于特殊工艺系统中，可以增強高频性能系统使用的整体效率，增加工艺费用的支出。2）在高效率以及高线性度功率放大器的设备运行中，存在发生功率较低的问题，为了保证终端产品的正常运行，应该合理设计无线通信系统，通过多种方案的调试，调整功率放大器线性，所以，在射频微波功率放大器及开关设计中，应该及时认识到工艺尺寸小以及电流密度承受低等问题，明确射频芯片的设计难点，提高射频微波功率放大器设计的整体水平。

3 单片集成射频微波功率放大器及开关的设计

3.1 多级结构的功率放大器

在多级结构的功率放大器中，系统的设计方案主要包括2个部分，1种是确定每级功放的工作类型，另1种是确定几级的功放，将这种系统运用在发射机链路中，可以有效提高功率放大器的输入功率、放大器的输出功率等。在研究过程中，为了使系统的运行获得最高的功率，降低单个晶体管承受的电流强度，可以通过多个晶体管并联的模式，进行电流的分散处理，以更好地降低输出阻抗，提高系统运行的整体效率。例如，在两级功率放大器电路结构设计中，通过非恒包络调制方法的运用，可以增强系统运行的稳定性。两级功放通过导角大小差异的分析，确定每一层级功率的放大功能及缩小功能，时刻保持系统运行的稳定性，改善线性度的运行状态。而且，在发射线引入的过程中小电感会降低放大器的增益状态，满足放大器的运行需求。

3.2 功率晶体管的选择

晶体管在直流工作中，在电路输入输出中达到抗组的目的，虽然该种设备及工艺会遇到最大电流密度的限制，但是通过晶体管的调整，可以更好地提高输出功率，满足设备集成电路设计的核心需求。

3.3 偏置电路

通过对单片集成射频微波功率放大器及开关的设计状况分析，射频电路中的直流偏置作为较为重要的内容，再确定良好的直流偏置电路式，可以将晶体管参数以及温度控制在合理的范围内，时刻保持系统运行的稳定性，而且在有源偏置网络中，能够更好地适用多种温度的变化。所以，在偏置电路设定过程中，需要按照放大器的设计用途，确定偏置条件，以保护单片集成射频微波功率放大器的使用需求。

3.4 稳定性的设计

稳定性是放大器设计时较为重要的内容。在射频功率放大器的使用过程中，出现不稳定性的原因与射频电路中的非线性寄生参数存在关联，当系统受到电磁干扰，会使电路发生不同的震荡，影响端口设计、匹配网络运行的稳定性。

在确定放大器的稳定性过程中，应该将条件稳定以及绝对稳定作为核心，首先，在条件稳定时，需要在特定射频的网络环境下，对部分的|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的负载，应该满足|Γin|<1以及|Γout|<1。其次，在绝对稳定的状况下，主要是指某个网络在一定的工作频率状况下，|ΓS|<1的源以及|ΓL|<1的负载符合|Γin|<1以及|Γout|<1，|ΓS|<1以及|ΓL|<1的基本需求。因此，在单片集成射频微波功率放大器及开关使用过程中，为了保证放大器系统的稳定性，可以保证串联反馈型的稳定性，提高线性系统运行的安全性、稳定性。

3.5 匹配网络的设计

单片集成射频微波功率放大器及开关设计中，匹配电路可以有效地解决射频电信号的传输问题。其中，阻抗匹配网络设计作为射频功率放大器中较为重要的设计内容，通过公路放大器匹配网络，能够更好地进行输出功率、效率的系统整合，明确系统的运行指标。而且，在对两级射频公路放大器进行匹配时，通过输入匹配网络、匹配网络以及输出匹配网络的综合运用，能够进行各个等级的耦合处理，提升系统运行的有效性。应该注意的是，在设计抗组匹配网络中，可以利用方程计算法以及Smith圆图方法进行设计，其中的Smith圆图方法可以达到使用简单、方便以及直观的目的。

4 结语

由于微波功放技术具有复杂性，在单片集成功率设计过程中，应该明确放大器的设计标准，通过两级功率放大器的使用，对整个设计过程进行系统分析，结合晶体管的合理选择、偏置电路的设计以及稳定设计等，对两级功率放大器的功率以及线性度进行系统分析，增强系统运行的稳定性。在系统设计中，也应该通过单片集成射频微波功率放大器的合理设计，进行系统设计以及开关设计的科学选择，提高射频微波功率放大器设计以及系统的使用价值。

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