每個無線系統的最后一個輸出級包括某種形式的RF功率放大器（PA），用于將信號發送到天線。根據無線系統使用的頻段，功率輸出和所需效率，設計人員可以從采用多種技術制造的功率放大器中進行選擇 - 砷化鎵（GaAs），磷化銦鎵，硅鍺，雙極，CMOS或氮化鎵（GaN）。手機等系統;無繩電話; Wi-Fi，LTE和WiMAX適配器;無線路由器和接入點;無線電纜更換;基站;中繼器;即按即說收音機;對講機; ZigBee的;藍牙在射頻功率輸出，頻段，效率要求和成本方面都存在顯著差異。因此，具有多種PA選項允許設計人員優化無線系統，以實現最佳的成本/性能折衷。

對于電池供電系統，低運行和待機電流以及高功率效率是關鍵要求，因為電流消耗和效率將顯著影響系統的電池壽命。 PA的效率越高，通話時間越長或Wi-Fi連接的持續時間越長。諸如基站，路由器和接入點之類的線路供電系統通常需要更高功率的輸出，因此具有更高的有效電流。雖然效率仍然很重要，但原因不同。許多系統都在密封的外殼中，氣流最小，因此熱量積聚是一個重要問題。效率越高，散熱越少，系統可靠性越高。

在所有技術中，GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）為未來的系統設計帶來了許多希望。由于GaN器件可以在高溫下工作（因此可以使用更小的散熱器）并處理高功率水平，因此它們是移動基礎設施系統（基站）和WiMAX無線應用的理想選擇。目前，基于GaN的PA比硅解決方案更昂貴，但GaN的增強性能和在高頻（》 4 GHz）下工作的能力可能使成本在系統級別上排列。此外，未來的制造進步還將進一步降低GaN的成本。讓我們來看看各種技術的一些放大器產品。

GaN解決方案剛剛開始應用于電子對抗，雷達和通信系統等系統。作為首批商用單片GaN HEMT功率放大器之一，Cree公司的CMPA0060025F提供17 dB的小信號增益和高達25 W的飽和輸出功率（圖1）。單片微波集成電路（MMIC）可在高達50 V的電壓下工作在20 MHz至6 GHz之間。放大器的功率附加效率優于20％，輸入和輸出端口內部匹配至50Ω。與硅或GaAs晶體管相比，MMIC采用0.5 x 0.5英寸螺旋封裝，提供更高的功率密度和更寬的帶寬。該公司還提供大量的GaN MMIC，可滿足許多功率/帶寬要求。

圖1：使用Cree CMPA0060025F MMIC的演示功率放大器可提供高達25 W的功率，工作頻率范圍為20 MHz至6 GHz。

GaAs - 功率放大器的主流技術

許多公司也在使用InGaP/GaAs異質結雙極晶體管為802.11b/g/n等無線網絡應用提供多標準MMIC功率放大器。這種放大器的例子包括Microsemi的LX5518和LX5516。 LX5518放大器的工作頻率范圍為2.4至2.5 GHz，單個正電源電壓為3至5 V，功率增益為30 dB。采用小型3 x 3 mm四方扁平封裝，MMIC包含三級放大器架構以及有源偏置，片上輸入匹配和輸出預匹配，以簡化系統實現（圖2）。輸出端口上的片上功率檢測器有助于降低在典型無線系統中實現功率控制所需的系統成本和電路板空間。 LX5516采用略微簡單的架構，采用兩級放大器，片內有源偏置和輸入和輸出均為50歐姆阻抗匹配。它的功率增益略低于LX5518，3.3 V電源的有效電流約為130 mA。

圖2：具有有源偏置網絡的三級放大器，Microsemi的LX5518針對應用，例如使用IEEE802.11b/g/n標準的無線LAN。

針對藍牙Class 1系統的類似功率放大器，加利福尼亞東部實驗室（CEL）的μPG2314T5N專為低功耗運行而設計，采用3 V電源供電時，有效電流為65 mA。該放大器的功率附加效率接近50％，采用3 V電源時輸出功率為+ 20 dBm。該放大器采用微型1.5 x 1.5 x 0.37 mm六觸點塑料TSON（薄，小外形無引線）封裝，占用的電路板空間極小，只需極少的外部元件。

采用InGaP/GaAs HBT工藝的還有Microchip公司通過收購Silicon Storage Technology提供的雙頻和單頻放大器。例如，SST13LP05是雙頻功率放大器，工作在2.4-2.5 GHz或4.9-5.8 GHz頻段，通常在較低頻段提供29 dB增益，在高頻段提供29至26 dB（圖3） 。能夠支持IEEE 802.11a/g/b，日本無線局域網，HyperLAN2，各種多媒體無線流媒體應用，家用射頻和無繩電話等應用，該芯片只需很少的外部組件即可完成系統解決方案，僅占用4 x 4 mm板空間。該芯片可在較大的電源電壓范圍內提供穩定的RF和功率檢測器性能，并具有低于2μA的極低關斷電流。

針對802.11b/g/n無線局域網應用，SST12LP17E（圖3）采用2 x 2 mm八觸點表面貼裝封裝。該放大器采用Microchip的GaAs HBT工藝制造，在2.4至2.5 GHz頻段內提供29 dB的增益，802.11g的功率輸出效率為21.5 dBm，功率增加效率為28％， 802.11b的功率超出22.5 dBm。與‘LP17E相比，SST12LP08的性能略有提升，通常可提供30 dB的增益和34％的功率附加效率。但是，這僅針對支持802.11b/g版本的IEEE標準。

圖3：Microchip的雙頻段SST12LP17E包含高頻和低頻功率放大器通道，尺寸為2 x 2 mm，8 - 接觸表面貼裝封裝。

將關斷電流推至1μA以下，SST12LP15A在2.4-2.5 GHz頻段內提供32 dB的增益，802.11的功率輸出效率約為26％，功率為24 dBm g，802.11b的功率輸出為25 dBm，約為27％。 SST12LP14A將關斷電流調整至不到LP15A的十分之一，小于0.1μA，同時將工作電流降低約三分之一。但是，它放棄了一些功率附加效率，對于802.11g的22 dBm輸出降低到23％，而802.11b的輸出功率降低25％到23 dBm。針對4.9至5.8 GHz的IEEE 802.11a頻段，SST11LP12在功率輸出電平為23 dBm時提供約17％的功率附加效率，數據速率為6 Mbits/s。該芯片提供低于2μA的關斷電流，并具有約150 mA的空閑電流。

硅解決方案追趕

硅雙極技術已經能夠趕上最近被認為是GaAs技術專屬領域的產品。例如，MAX2235采用Maxim Integrated Products的高性能雙極性工藝制造，面向900 MHz頻段，輸出功率為32.5 dBm，電源電壓為5 V，3.6 V時為30 dBm，時為29 dBm 2.7 V電源時為3 V和28 dBm。該PA的一些預期應用包括900 MHz ISM頻段中的AMPS，雙向尋呼或基于FSK的通信。該芯片具有37 dB范圍內的可調增益，并具有功率控制引腳，可調節增益和偏置電平，即使在較低的輸出功率水平下也能保持最佳效率。輸出功率為+30 dBm時，效率通常為47％（圖4）。當關閉控制引腳關閉PA時，電源電流降至1μA以下。

圖4：Maxim的MAX2235提供37 dB范圍內的可調增益控制，包括一個功率控制引腳，可調節增益和偏置電平，以保持最佳效率。

Maxim提供的另一款放大器是MAX2059，一款高線性度，數字控制，可變增益放大器，總增益范圍高達56 dB，典型輸出IP3和輸出P1電平分別為31.8和18.4 dBm 。該芯片非常適用于單載波和多載波1，700至2，200 MHz DCS，1800 PCS，1900 EDGE，CDMA2000，WCDMA/UMTS和TD-SCDMA基站等應用。該芯片是一個高度集成的子系統，包含兩個5位數字衰減器，一個兩級驅動放大器，一個環回混頻器和用于控制衰減器的串行接口。

針對手持系統的目標操作，CEL提供的硅MMIC UPC2771TB在900至1，500 MHz頻段內提供21 dB的增益。該器件的飽和輸出功率在900 MHz時為12.5 dBm，在1，500 MHz時為11 dBm。該芯片的典型空閑電流約為36 mA，但不包括關閉控制功能。

Avago Technologies還提供簡單的硅雙極達林頓放大器，適用于DC至2.5 GHz的工作頻率。在900 MHz時，ADA-4643的增益為17 dB，3.5 V電源僅消耗35 mA。該芯片采用該公司的HP25硅雙極工藝制造，該工藝采用具有自對準亞微米發射極幾何結構的雙擴散結構，從而實現高fT（25 GHz）和高NPN器件擊穿（6 V BVCEO）。

NXP還提供各種雙極硅基放大器，開發了諸如BGA6289和BGA6589等MMIC，寬帶功率放大器，分別提供17和20 dBm的輸出功率。內部增益模塊采用電阻反饋達林頓配置的放大器，可以在4.1（BGA6289）或8 V（BGA6589）的典型電源電壓下工作，同時分別消耗大約88或150 mA。