射頻功率放大器的線性功率P1dB

任何有源器件或者設(shè)備都存在著線性和非線性的固有屬性，衡量射頻功率放大器性能好壞的一個重要指標(biāo)就是其線性功率的大小，表示為P1dB，如圖1所示，對它的解釋如下：射頻功放的輸出功率會隨著輸入功率的逐漸增加而發(fā)生變化：先是隨著輸入信號的功率的線性遞增而線性遞增，達(dá)到一定程度后會開始出現(xiàn)增加的幅度變小而進(jìn)入非線性區(qū)域，我們把與線性增加出現(xiàn)1dB降低的點所對應(yīng)的功率叫做功放的1dB壓縮點的功率，表示為P1dB；如果再繼續(xù)增加輸入信號的功率，功放的輸出功率的增加會變得越來越緩慢，甚至停止增加而達(dá)到飽和，我們把這時的功率叫做射頻功放的飽和功率，表示為Psat.

圖1：線性功率和非線性功率

在EMC領(lǐng)域的射頻類抗擾度測試中都要使用到覆蓋不同頻率范圍的射頻功放，為了能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所要求的測試等級，需要通過射頻功放提供所需要的足夠的功率，這個功率應(yīng)該指的是線性功率，而不是上面所說的飽和功率。要想使射頻功放提供線性功率，就需要它能夠工作在線性區(qū)域，就要求它輸出的功率最好不超過P1dB這個功率值。

由于射頻類抗擾度測試普遍采用的是窄帶的信號，測試系統(tǒng)發(fā)出的CW或者是帶有AM或者PM調(diào)制的窄帶的掃頻信號，使用線性功率的主要好處如下：

1. 工作在線性工作區(qū)的射頻功放輸出端的諧波的幅度比較低，進(jìn)入飽和區(qū)后諧波的幅度會增大，還可能會出現(xiàn)其他的頻率成分，影響測試的結(jié)果和判斷；

2. 采用窄帶信號的抗擾度測試需要對被測物發(fā)生異常的敏感頻點進(jìn)行定位，這個敏感的頻點應(yīng)該對應(yīng)的是測試信號的基波頻率，而不是由于某次諧波的能量過高而引起被測物發(fā)生異常的，這就會造成錯誤定位；

3.線性功率便于測試系統(tǒng)只需要做高測試等級的校準(zhǔn)即可，由于是線性關(guān)系，低的測試等級無需再校準(zhǔn)，測試軟件會根據(jù)高等級的校準(zhǔn)結(jié)果直接進(jìn)行線性換算即可得出對應(yīng)的低等級的校準(zhǔn)值；如果對應(yīng)的高等級的校準(zhǔn)時功放的功率不是線性的，采用線性換算得出的低等級的校準(zhǔn)值就很不靠譜了；

4.線性功率便于測試系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)功放的輸出功率而實現(xiàn)所需要的特定的頻點的特定的測試場強，功率，或者電流值，如果是非線性，就會使得功率的調(diào)節(jié)變得不容易；

作為一臺正規(guī)的射頻功放產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家除了要在數(shù)據(jù)手冊上提供它的P1dB和Psat的指標(biāo)，還應(yīng)該提供它的P1dB和Psat的功率隨頻率的曲線。舉例如下，CBA6G-400D是一臺覆蓋1GHz~6GHz, 全頻段的線性功率P1dB>400W的單頻段固體功放，它的數(shù)據(jù)手冊上提供的主要指標(biāo)如表1所示，它的功率隨頻率的曲線，如圖2所示，通過這些數(shù)據(jù)和曲線很容易了解這臺功放的性能。

表1：圖2：CBA6G-400D的主要指標(biāo)

圖2：CBA6G-400D的P1dB和Psat的功率曲線

除了廠家所宣稱的指標(biāo)，作為任何一臺射頻功放的實際輸出功率的線性度，都可以通過實測得出它的實際情況，進(jìn)而得出它的實際的P1dB和Psat。如圖3所示就是我對某臺射頻功放進(jìn)行線性度測試的結(jié)果，可以清楚地看出它的線性區(qū)和飽和區(qū)，以及所對應(yīng)的實際的功率大小，線性度好壞，一目了然。

圖3：功放的線性度的實測結(jié)果

審核編輯：劉清