高功率寬帶放大器的設(shè)計是一件非常有挑戰(zhàn)性的工作，工程師需要在多個相互對立的設(shè)計參數(shù)之間進行折中。對于一個用戶來說，如何選擇一款合適的放大器并便捷高效的進行測試是非常重要的考慮因素。本文將深入探討不用應(yīng)用需求對功放指標的要求，介紹最新的可調(diào)節(jié)寬帶放大器的特性，以及給各種應(yīng)用測試帶來的便利性和高效性。

1. 引言

射頻寬帶高功率放大器是當今無線功率電子設(shè)備的核心組成部分，具有增益高、效率高、帶寬寬、可靠性高、體積小等優(yōu)點，在雷達、導(dǎo)航和電子對抗等軍用領(lǐng)域以及電磁兼容、通信、廣播電視、安保和醫(yī)療、科學研究、研發(fā)生產(chǎn)等民用領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。

圖1 R&S BBA130，可以在A類和AB類之間調(diào)節(jié)偏置，以及在輸出端選擇最大輸出功率或高失配容差

寬帶放大器的設(shè)計者通常需要滿足多種設(shè)計需求，對于不同的應(yīng)用，放大器需要滿足的指標要求是不一樣的，例如，對許多應(yīng)用來說，寬帶放大器需要最夠的線性，且在諧波頻率處是全反射的。此外，對于雷達，軍用發(fā)射機等非廣播電視的應(yīng)用來講，放大器還必須能夠承受輸出端巨大的失配，這些通常是連接天線的特性，終端負載，待測設(shè)備本身的反射等原因造成的。放大器一般都要優(yōu)化到特定的性能，且不能改變。對于濾波器，開關(guān)，放大模塊等射頻器件，其開發(fā)，制造，質(zhì)檢的測試需求，通常需要調(diào)整射頻放大器的特性來滿足相應(yīng)的測試條件。因此，只有詳細的了解應(yīng)用和測試的需求以及這些需求對功率放大器的要求，才能精確高效的完成相應(yīng)的測試。

2. 不同測試需求對寬帶放大器的要求

設(shè)計高功率寬帶放大器時，工程師需要對帶寬，增益，輸出功率以及在各種幅度和相位條件下失配的行為特性，線性度，諧波特性，功率效率等進行綜合考慮，并從中找出最重要的優(yōu)先考慮的指標。同樣的，當為某一個特定應(yīng)用尋找放大器的時候，最重要的是能清楚了解放大器的各個參數(shù)，以及對參數(shù)需求有影響的各種因素。通常來講，對功放的特性設(shè)置有影響的因素有下面這些。

2.1 輸入信號的包絡(luò)

從包絡(luò)的角度，可以把信號分為恒包絡(luò)信號，包括連續(xù)波，調(diào)頻，調(diào)相，PSK調(diào)制信號等；緩變包絡(luò)信號，包括如調(diào)幅，雙音信號等；幅度急變信號，包括高質(zhì)量相位或幅度調(diào)制的單載波以及多載波信號等，典型的是高峰值因子的OFDM信號。信號的包絡(luò)特性決定了放大器是否需要保持大功率來為信號的峰值做預(yù)留。不同的包絡(luò)信號，對放大器的特性需求是不一樣的。

2.2 輸入信號的時域行為

輸入信號的忠實放大需要合適的偏置點，連續(xù)波和脈沖的放大設(shè)置是不一樣的。

2.3 放大器本身的傳輸特性

傳輸特性影響放大器的線性，諧波和交調(diào)分量，也決定了放大器能否在飽和狀態(tài)下進行測試工作。不同的應(yīng)用，對放大器的需求也不一樣，有的要求放大器在放大信號的同時，必須保證很高的頻譜純度，有的則只要求很高的輸出功率，而對輸出信號的時域行為和頻譜特性并無過多要求。

2.4 輸出端和DUT的阻抗匹配

DUT的阻抗匹配特性決定了放大器的輸出功率是否下降等行為，并且會影響到放大器電路的設(shè)計，實際應(yīng)用中，可以分為如下兩種：良好阻抗匹配的應(yīng)用（50歐姆附件變化），在這種情況下，如果DUT出現(xiàn)性能下降，引起匹配變差，允許放大器降低功率來保護自己；匹配很差的應(yīng)用（極端情況，開路或短路）， 該應(yīng)用下，放大器應(yīng)能夠持續(xù)輸出功率，并且不降低功率或關(guān)斷。

表2中列出了多種不同測試以及測試中放大器需要滿足的不同需求。因此，特性靈活的新型放大器應(yīng)具有如下特點，不僅能夠滿足上述所列的指標需求，還能滿足射頻器件在研發(fā)，生產(chǎn)和品控中的多樣測試需求。

表2 不同測試對射頻功放的需求

3. 可調(diào)節(jié)寬帶放大器在測試中的應(yīng)用和優(yōu)勢

羅德與施瓦茨公司的新型R&S BBA130寬帶放大器，就是一臺可靈活調(diào)節(jié)的放大器，能夠非常方便的滿足測試中的多樣化需求。 正是針對上述需求，R&S 推出了全球第一款可以在運行中配置發(fā)射特性以滿足具體應(yīng)用的寬帶放大器BBA130。該放大器提供兩個控制參數(shù)可以讓用戶靈活優(yōu)化輸出信號，偏置點可以在A類和AB類之間靈活調(diào)節(jié)，高輸出功率和高失配容差之間可以靈活平衡，這兩個參數(shù)都可以在放大器工作時隨時設(shè)置或調(diào)節(jié)，如當輸入信號波形發(fā)生變化時，或測試過程中輸出信號的需求發(fā)生變化時 ，都可以立即改變放大器狀態(tài)。這些操作可以通過手動，瀏覽器界面或遠程操作指令等多種方式實現(xiàn)。現(xiàn)在只用一臺放大器，就可以測試DUT是否符合規(guī)范（測試需要高線性度功放），并確定其負載極限（只關(guān)注輸出功率）。

3.1 偏置點連續(xù)調(diào)節(jié)

偏置點的連續(xù)調(diào)節(jié)可以改變輸出信號的特性，A類偏置具有非常好的線性，可以生成頻譜很純的輸出信號，非常適合放大和生成干凈的連續(xù)波信號。AB類偏置可以精確的放大脈沖信號，并改善效率。

3.2 高輸出功率和高失配容差的靈活選擇

R&S BBA130用戶可以選擇需要良好阻抗匹配（最大VSWR 2:1）的高輸出功率模式，也可以選擇高失配容差模式（VSWR 6:1），此時對應(yīng)的最大輸出功率會變小。在設(shè)計和產(chǎn)品驗證測試中，放大器輸出端的阻抗匹配通常是好的，DUT 一般也是為50歐姆系統(tǒng)設(shè)計的，或者放大器和DUT之間裝有環(huán)形器，這些都可以保證良好匹配，這時放大器的功率能力是可以得到完全利用的。當DUT或環(huán)形器出現(xiàn)問題時，才會導(dǎo)致較大的失配，這種情況下，測試需要停下來，放大器降低輸出功率來保護自身。

對于EMC 應(yīng)用，天線的匹配通常是不太好的，DUT的輸入阻抗也常常會嚴重偏離50歐姆，這種情況寬帶放大器也必須能夠盡可能長時間的持續(xù)的輸出功率，并且不能隨著阻抗變化降低輸出功率來保護自己（除非非常大的失配）。

圖4 R&S BBA130D300不同設(shè)置對功率的影響

基于上述兩個調(diào)節(jié)維度，放大器的性能和典型應(yīng)用的對應(yīng)關(guān)系可見下圖：

圖5 各種控制參數(shù)下放大器性能和典型應(yīng)用

3.3 雙同頻放大器和雙頻段放大器配置

R&S BBA130還可以進行雙同頻放大器和雙頻段放大器配置，將兩個頻段集成到 4HU 臺式型號中。同頻放大器由兩個放大器構(gòu)成，二者頻段相同，并行工作，這種類型的放大器非常適合雙音測量，以及在小空間進行的相同布置下的多種測試應(yīng)用，多個雙同頻單元還安裝在一個機架中。雙頻放大器包含兩個頻段不同的放大器，在任何給定時間僅其中一個放大器被激活，這個選件的可選開關(guān)集成在機箱中。該放大器的緊湊、模塊化設(shè)計，使之能夠在 19 英寸機架單元上使用，以搭建高度集成的系統(tǒng)。這些機架單元的頻率和功率還可以靈活配置。

4. 總結(jié)

R&S BBA130是全球第一款用戶可以在運行中改變傳輸特性以滿足具體應(yīng)用的寬帶放大器。現(xiàn)在只用一臺放大器就可以最優(yōu)化的應(yīng)對不同的測試應(yīng)用，緊湊、模塊化設(shè)計可以實現(xiàn)靈活的同頻或雙頻放大器配置。基于頻率和功率的可升級性，R&S BBA130提供給客戶更好的投資安全性和系統(tǒng)升級的靈活性，滿足未來新的需求。