| 什麼是高功率放大器
1、用途及特點
在無線通信系統，高功放（HPA）是發信電路重要組成部份。通常，它由多級放大器構成，其輸出端是發射鏈路最高電平點，它經雙工器與發射天線連接。
HPA在發信電路部位如圖1所示。
高功放主要作用，是在發射頻率上，將低電平信號放大到遠距離傳輸所要求的高功率電平。
因頻段、傳輸距離、天線增益エ信號調製方式等因素，不同發射機HPA輸出功率差異甚大。在常用微波頻段（800MHz~28GHz）可從幾十瓦到幾十毫瓦不等。
高功放電路特點：
（1） 在大容量（或多載波）數字通信系統，設計HPA電路尤其是末級電路，常發生大功率輸出與線性要求之間矛盾。經常採用三種解決辦法
* 採用平衡放大電路，其合成輸出功率較單管增加一倍且保持單管線性。在常用微波頻段經常用下圖所示正交混合電路（或3dB橋）實現功率合成。
* 採用預失真補償電路，設計一個預失真網路使它產生的三階互調與HPA三階互調在輸出合路器中相互抵消。構成方式如下圖所示，
予失真補償電路設計複雜、帶寬窄，使用不普遍。
（2）HPA採用的大功率器件都呈現極低的輸入、輸出阻貳，其阻貳實部絕對值很小，都在1~3歐姆左右，而容抗和引線電感很大。對這樣的大功率器件進行輸入、輸出和級間匹配非常困難。因單片微波集成電路（MMIC）技術的發展，許多廠家已製造出輸入輸出內匹配的大功率器件，大大地緩解設計難度。
（3）HPA輸出級必須要考慮空載保護。若與輸出負載間發生嚴重失配（如，連接天線饋線開路或短路）末級與輸出負載電路之間將產生大駐波電壓，駐波峰值電壓一旦落在器件漏極，它與供電電壓迭加將使器件擊穿。
在微波頻段常採取二種保護方法，在4GHz以上頻段藉助於輸出隔離器中的反向吸收負載R吸收反射波，它如下圖所示，
在低頻段常用定向耦合器（Diectional coupler）檢測反射波，超出定值時自動切斷功放電源併發出告警。工作示意圖如下
設計工程師可根據工作頻率、電路結構選取分佈參數或集中參數定向耦合器。
（註：定向耦合器是互易器件，當信號從原規疾的“IN”口輸入改為“OUT”口輸入時，其耦合口“COUP”和隔離口“ISO”也將互換。定向耦合器常用二個參數表徵如下：
耦合量 CdB = 10log(Pco/Pin)
方向性 DdB = 10log(Pco/Pis)
其中 Pin , Pco , Pio 分別為入口輸入功率、耦合口及隔離口輸出功率。）
（4）目前在HPA電路常用高頻大功率砷化鎵場效應晶體管（GaAsFET）或者用其管芯製作的MMIC“放大塊”，開關機時，如柵偏壓稍遲後於漏壓或無柵壓時即會損壞。因而偏置電路要有保護措施，下圖為保護措施之一。
根據所用器件，高功放大致可分成三種類型：
* 砷化鎵場效應晶體管（GaAs Field-Effect Transistor）功率放大器。它包括由砷化鎵場效應晶體管管芯製成的內匹配單片微波集成電路（MMIC）。這類器件工作頻率及效率高，線性及反向隔離性能都優於硅雙極晶體管，目前商用化器件最高工作頻率可達40GHz,實驗室可達80GHz。尤其內匹配MMIC集成功放塊帶寬寬、穩定得到普遍應用。需要負偏置及偏置保護電路是缺點。
*砷化鎵異結質雙極晶體管（GaAs Heterojunction Bipolar Transistor）功率放大器。這種器件特別適宜功放應用，它有砷化鎵場效應晶體管一樣好的性能（特別在線性和高耐壓性能上更好些），同時它又克服了需要負偏置及偏置保護電路的缺點。它發展歷史較短（走出實驗室僅十年）在大功率應用可靠性上人們還不放心。
2、電路構成及工作原理
高功放只是發信設備的一個組成部分，它的構成和功能完全取決於整個設備性能的要求。不同用途的發信設備其具體電路構成和實現的功能會有差別。例如下面給出的7GHz微波發射機功放電路其輸入為恆定電平，該電路不帶ALC功能。
功能框圖及主要電路組成如圖2所示。
圖2 給出7GHz 發射機功放框圖和主要電路。
該電路由五級放大組成，前四級為單管串聯放大，末級為平衡功率放大。按各級功能和所處位置也可稱作低雜訊放大級、驅動級、末前級、末級。整個放大器採用二種封裝工藝砷化鎵場效應器件，前三級放大用分立元件場效應晶體管，后二級用單片微波集成電路MMIC，並採用帶保護電路的雙極性偏置電壓（具體電路省略）。該電路總增益40dB,線性輸出2瓦（33dBm）。
各部分作用：
低雜訊放大級- 眾所周知，變頻式發射機輸出雜訊主要成分是調相雜訊，其主要來源是發射振蕩器產生的相位雜訊。所以在發射機指標中都要規疾振蕩器相噪，而對這類發射機中的HPA熱雜訊要求不高，通常HPA雜訊係數在6~ 8dB時都可滿足要求。在直放式發射機中，儘管輸出雜訊主要成分是熱雜訊，因直放機收信輸入端都有精心設計的高增益低雜訊放大器（LNA），它有足夠高的增益和極小雜訊係數，從而減輕了對HPA低雜訊要求。 |
