射频与微波功率放大器工程设计

第1章 射频与微波功率放大器器件基础 1
1．1 可选择的射频与微波功率放大器器件 1
1．1．1 ADI公司的射频与微波功率放大器器件 1
1．1．2 ANADIGICS公司的射频与微波功率放大器器件 2
1．1．3 Avago Technologies公司的射频与微波功率放大器器件 3
1．1．4 飞思卡尔半导体公司的射频与微波功率放大器器件 4
1．1．5 Infineon Technologies公司的射频与微波功率放大器器件 5
1．1．6 Linear Technology公司的射频与微波功率放大器器件 6
1．1．7 Maxim公司的射频与微波功率放大器器件 8
1．1．8 Microchip公司的射频与微波功率放大器器件 8
1．1．9 Microsemi公司的射频与微波功率放大器器件 10
1．1．10 New Japan Radio公司的射频与微波功率放大器器件 11
1．1．11 NXP Semiconductors公司的射频与微波功率放大器器件 11
1．1．12 Renesas Electronics公司的射频与微波功率放大器器件 12
1．1．13 RF Micro Devices公司的射频与微波功率放大器器件 13
1．1．14 意法半导体（ST）公司的射频与微波功率放大器器件 14
1．1．15 Skywork公司的射频与微波功率放大器器件 14
1．1．16 TI（德州仪器）公司的射频与微波功率放大器器件 15
1．1．17 TriQuint Semiconductor公司的射频与微波功率放大器器件 17
1．1．18 三菱电机机电（上海）有限公司的射频与微波功率放大器器件 18
1．2 数据表中的射频与微波功率放大器参数 19
1．2．1 绝对最大值 19
1．2．2 推荐工作条件 20
1．2．3 电特性 21
1．2．4 温度范围 24
1．2．5 热特性 24
第2章 射频电路设计基础 26
2．1 频谱 26
2．2 电阻（器）的射频特性 27
2．2．1 电阻器的射频等效电路 27
2．2．2 片状电阻的外形和尺寸 28
2．3 电容（器）的射频特性 28
2．3．1 电容器的阻抗频率特性 28
2．3．2 电容器的衰减频率特性 30
2．3．3 电容器的ESR和ESL特性 30
2．4 电感（器）的射频特性 32
2．4．1 电感器的阻抗频率特性 32
2．4．2 电感器的Q值频率特性 33
2．4．3 电感器的电感值频率特性 34
2．5 铁氧体元件 35
2．5．1 铁氧体元件的基本特性 35
2．5．2 铁氧体磁珠的基本特性 36
2．5．3 片式铁氧体磁珠 38
2．5．4 铁氧体磁珠的安装位置 47
2．5．5 EMC（电磁兼容）用铁氧体 48
2．6 传输线 50
2．6．1 传输线的定义 50
2．6．2 传输线的类型与特性 51
2．7 Smith圆图 53
2．7．1 等反射圆 54
2．7．2 等电阻圆图和等电抗圆图 54
2．7．3 Smith圆图（阻抗圆图） 56
2．7．4 Smith圆图的应用 56
2．8 网络与网络参数 69
2．9 天线 73
2．9．1 天线种类 73
2．9．2 天线的基本参数 76
2．9．3 天线分离滤波器 80
第3章 射频功率放大器电路基础 85
3．1 射频功率放大器的主要技术指标 85
3．1．1 输出功率 85
3．1．2 效率 87
3．1．3 线性 88
3．1．4 杂散输出与噪声 89
3．2 射频功率放大器电路结构 89
3．2．1 射频功率放大器的分类 89
3．2．2 A类射频功率放大器电路 90
3．2．3 B类射频功率放大器电路 93
3．2．4 C类射频功率放大器电路 97
3．2．5 D类射频功率放大器电路 99
3．2．6 E类射频功率放大器电路 103
3．2．7 F类射频功率放大器电路 106
3．3 功率放大器电路的阻抗匹配网络 110
3．3．1 阻抗匹配网络的基本要求 110
3．3．2 集总参数的匹配网络 110
3．3．3 传输线变压器匹配网络 112
3．4 功率合成与分配 115
3．4．1 功率合成器 115
3．4．2 功率分配器 119
3．5 功率放大器的线性化技术 123
3．5．1 前馈线性化技术 123
3．5．2 反馈技术 124
3．5．3 包络消除及恢复技术 126
3．5．4 预失真线性化技术 126
3．5．5 采用非线性元件的线性放大（LINC） 128
3．6 功率晶体管的二次击穿与散热 129
第4章　射频与微波晶体管功率放大器应用电路 132
4．1 射频与微波功率晶体管的主要参数 132
4．1．1 常用的射频与微波功率晶体管类型 132
4．1．2 射频与微波功率晶体管的绝对最大值 136
4．1．3 射频与微波功率晶体管推荐的工作条件 138
4．1．4 射频与微波功率晶体管的电特性（数据表） 140
4．1．5 射频与微波功率晶体管的特性曲线图 147
4．1．6 射频与微波晶体管的温度范围 150
4．1．7 射频与微波晶体管的热特性 150
4．1．8 射频与微波晶体管的测试（评估板）电路 152
4．2 射频与微波双极性晶体管功率放大器应用电路实例 154
4．2．1 ISM 433MHz功率放大器应用电路 154
4．2．2 ISM 866MHz功率放大器应用电路 155
4．2．3 1W 900MHz 3．6V功率放大器应用电路 156
4．2．4 40～3600MHz 20dB功率放大器应用电路 156
4．2．5 400～2200MHz 15dB功率放大器应用电路 159
4．2．6 0～6GHz 14～20．5dB功率放大器应用电路 160
4．3 射频与微波场效应管功率放大器应用电路实例 162
4．3．1 630mW VHF/UHF功率放大器应用电路 162
4．3．2 7．5W VHF/UHF功率放大器应用电路 162
4．3．3 12W VHF/UHF功率放大器应用电路 163
4．3．4 300W 50V FM（调频）广播功率放大器应用电路 163
4．3．5 135～175MHz 8W 7．5V功率放大器应用电路 164
4．3．6 450～520MHz 3W 12．5V功率放大器应用电路 165
4．3．7 520MHz 8W 7．5V功率放大器应用电路 167
4．3．8 155～950MHz 40．2dBm功率放大器应用电路 168
4．3．9 1GHz 30W 28V功率放大器应用电路 170
4．3．10 1GHz 120W 28V功率放大器应用电路 171
4．3．11 200～2100MHz 100W功率放大器应用电路 173
4．3．12 1．8～2．2GHz 180W功率放大器应用电路 174
4．3．13 2．110～2．170MHz 300W功率放大器应用电路 175
4．3．14 1．7～2．7GHz 28V 23W WiMAX功率放大器应用电路 176
4．3．15 3．3～3．8GHz 28V 15W WiMAX功率放大器应用电路 177
4．3．16 0～4000MHz 25W 28V功率放大器应用电路 178
4．4 射频与微波LDMOS晶体管功率放大器应用电路实例 179
4．4．1 45W 28V FM（调频）广播用功率放大器应用电路 179
4．4．2 400～470MHz 4W 7．2V功率放大器应用电路 180
4．4．3 400～500MHz 8W 12．5V功率放大器应用电路 181
4．4．4 340～520MHz 10W 15V功率放大器应用电路 182
4．4．5 460～540MHz 20W 13．6V功率放大器应用电路 183
4．4．6 10～512MHz 120W功率放大器应用电路 184
4．4．7 470～860MHz 110W DVB-T UHF功率放大器应用电路 186
4．4．8 860～960MHz 1W 7．2V功率放大器应用电路 187
4．4．9 860～960MHz 4W 13．6V功率放大器应用电路 188
4．4．10 740～950MHz 5W 7．2V功率放大器应用电路 189
4．4．11 1GHz 6W 28V功率放大器应用电路 190
4．4．12 1GHz 18W/30W/45W/60W/70W 28V功率放大器应用电路 191
第5章　单片射频与微波功率放大器应用电路 193
5．1 单片射频与微波功率放大器的主要参数 193
5．1．1 常用的单片射频与微波功率放大器类型 193
5．1．2 单片射频与微波功率放大器的绝对最大值 195
5．1．3 单片射频与微波功率放大器推荐的工作条件 198
5．1．4 单片射频与微波功率放大器的电特性（数据表） 199
5．1．5 单片射频与微波功率放大器的特性曲线图 202
5．1．6 单片射频与微波功率放大器的温度范围 204
5．1．7 单片射频与微波功率放大器的热特性 204
5．1．8 单片射频与微波功率放大器的测试（评估板）电路 205
5．2 通用型单片射频与微波功率放大器应用电路实例 206
5．2．1 150～960MHz 32dBm功率放大器应用电路 206
5．2．2 380～960MHz 1W功率放大器应用电路 208
5．2．3 728～756MHz 27dBm线性功率放大器应用电路 209
5．2．4 851～894MHz 27．2dBm线性功率放大器应用电路 210
5．2．5 800～960MHz 29dBm线性功率放大器应用电路 211
5．2．6 810～960MHz 29．5dBm功率放大器应用电路 212
5．2．7 800～1000MHz 250mW增益可控功率放大器应用电路 213
5．2．8 800～1000MHz 1W功率放大器应用电路 215
5．2．9 1200～1400MHz 90W功率放大器应用电路 217
5．2．10 20～1500MHz 5W MMIC功率放大器应用电路 218
5．2．11 1．2～1．85GHz 150W功率放大器应用电路 218
5．2．12 1．7～2．2GHz 1W功率放大器应用电路 219
5．2．13 1．8～2．5GHz 30dBm线性功率放大器应用电路 220
5．2．14 1．8～2．5GHz 33dBm线性功率放大器应用电路 220
5．2．15 2．4～2．5GHz 22．5dBm线性功率放大器应用电路 223
5．2．16 2．4～2．5GHz 21dBm线性功率放大器应用电路 225
5．2．17 400～2700MHz 1 W MMIC 线性功率放大器应用电路 225
5．2．18 2．1～2．7GHz 1W功率放大器应用电路 227
5．2．19 3．3～3．8GHz 1W功率放大器应用电路 227
5．2．20 6～20GHz 15dBm线性功率放大器应用电路 228
5．2．21 18～27GHz 29dBm功率放大器应用电路 229
5．2．22 28～31GHz 33/36dBm功率放大器应用电路 229
5．2．23 27～32GHz 28．5dBm MMIC功率放大器应用电路 229
5．2．24 25～33GHz 0．7W MMIC功率放大器应用电路 231
5．2．25 25～35GHz Ka波段25dBm功率放大器应用电路 231
5．2．26 36～40GHz 26dBm MMIC功率放大器应用电路 232
5．2．27 36～40GHz 29dBm MMIC功率放大器应用电路 233
5．2．28 37～40GHz 1W MMIC功率放大器应用电路 234
5．2．29 40．5～43．5GHz 27．5dBm线性功率放大器应用电路 234
5．3 线局域网（WLAN）功率放大器应用电路实例 235
5．3．1 2．45GHz 24．5dBm 802．11g WLAN功率放大器应用电路 235
5．3．2 2．4GHz 25dBm 802．11g/b WLAN功率放大器应用电路 236
5．3．3 2．4GHz 20dBm 802．11b/g WLAN功率放大器应用电路 237
5．3．4 2．4/5GHz 20dBm 802．11a/b/g WLAN功率放大器应用电路 238
5．3．5 2．4GHz 30dBm IEEE802．11b/g功率放大器应用电路 239
5．3．6 2．4GHz 21dBm IEEE802．11b/g/n功率放大器应用电路 240
5．3．7 2．4GHz 27dBm IEEE802．11b/g/n功率放大器应用电路 242
5．3．8 5GHz 802．11a/n 18dBm功率放大器应用电路 242
5．3．9 4．90～5．85GHz 802．11a/n WLAN功率放大器应用电路 243
5．3．10 2．4/5GHz 802．11a/b/g WLAN功率放大器应用电路 244
5．3．11 2．4/5GHz 802．11a/b/g/n WLAN功率放大器应用电路 245
5．4 WiMAX和WiFi功率放大器应用电路 246
5．4．1 2．3～2．4GHz 25dBm WiMAX功率放大器应用电路 246
5．4．2 2．4～2．5GHz 29dBm WiFi功率放大器应用电路 247
5．4．3 2．4～2．5GHz 28dBm WiFi功率放大器应用电路 247
5．4．4 2．2～2．7GHz 2W WiMAX和WiFi功率放大器应用电路 248
5．4．5 2．3～2．7GHz 25dBm WiMAX和WiFi功率放大器应用电路 248
5．4．6 3．3～3．8GHz 25dBm WiMAX功率放大器应用电路 250
5．4．7 4．9～5．9GHz 25dBm WiFi功率放大器应用电路 250
5．5 射频前端应用电路实例 251
5．5．1 2．4GHz高线性度WLAN前端模块应用电路 251
5．5．2 2．4～2．5GHz 802．11b/g/n WiFi前端模块应用电路 252
5．5．3 2．4～2．5GHz 高功率前端模块应用电路 252
5．5．4 2．4GHz 22dBm射频前端模块应用电路 253
5．5．5 802．11a/b/g/n WLAN/蓝牙射频前端模块应用电路 255
5．5．6 802．11a/b/g/n WLAN射频前端模块应用电路 255
5．6 驱动放大器应用电路实例 256
5．6．1 700～1000MHz 27dBm驱动放大器应用电路 256
5．6．2 700MHz～1GHz 1W驱动放大器应用电路 257
5．6．3 700MHz～1GHz 2W线性驱动放大器应用电路 258
5．6．4 0～1800MHz 21．0dBm驱动放大器应用电路 258
5．6．5 5～2000MHz 24．0dBm驱动放大器应用电路 258
5．6．6 250～2500MHz 24dBm驱动放大器应用电路 260
5．6．7 100MHz～2．7GHz 9dBm 50驱动放大器应用电路 260
5．6．8 700～2700MHz 24dBm驱动放大器应用电路 262
5．6．9 1800～2700MHz 30．7dBm驱动放大器应用电路 263
5．6．10 0～3500MHz 28．6dBm驱动放大器应用电路 264
5．6．11 40MHz～4GHz 19．5dBm驱动放大器应用电路 265
5．6．12 400～4000MHz 29．1dBm驱动放大器应用电路 265
5．6．13 0～5．5GHz 11．6dBm驱动放大器应用电路 268
5．6．14 0．5～6GHz 22dBm 50驱动放大器应用电路 269
5．6．15 6～20GHz 19．5dBm驱动放大器应用电路 274
5．6．16 32～45GHz 24dBm Ka频带驱动放大器应用电路 275
5．6．17 41～45GHz 18dBm Q频带驱动放大器应用电路 276
第6章 射频与微波功率检测/控制应用电路 277
6．1 射频与微波功率检测/控制电路的主要类型和特性 277
6．2 射频信号功率检测/控制应用电路实例 280
6．2．1 100kHz～1GHz射频功率检测器应用电路 280
6．2．2 10～1000MHz 83dB射频功率检测器应用电路 281
6．2．3 0．8～2GHz射频功率检测器应用电路 282
6．2．4 低频～2．5GHz的功率、增益和VSWR检测器/控制器应用电路 283
6．2．5 0．1GHz～2．5GHz 75dB对数检测器/控制器应用电路 287
6．2．6 100MHz～2．7GHz 45dB射频功率检测器/控制器应用电路 289
6．2．7 50Hz～2．7GHz 60dB TruPwr功率检测器应用电路 290
6．2．8 800MHz～2．7GHz 80dB射频功率检测器应用电路 293
6．2．9 50MHz～3GHz 60dB射频功率检测器应用电路 294
6．2．10 50MHz～3．5GHz射频功率检测器应用电路 295
6．2．11 50MHz～4GHz 40dB对数功率检测器应用电路 296
6．2．12 100MHz～6GHz TruPwr功率检测器应用电路 297
6．2．13 450MHz～6GHz 45dB峰值和RMS功率测量应用电路 297
6．2．14 600MHz～7GHz 26～12dB射频功率检测器应用电路 300
6．2．15 1MHz～8GHz 70dB对数检测器/控制器应用电路 301
6．2．16 1MHz～10GHz 50dB对数检测器/控制器应用电路 303
6．2．17 10MHz～10GHz 67dB TruPwr检波器应用电路 305
6．2．18 40MHz～10GHz 57dB RMS射频功率检波器应用电路 309
6．2．19 7ns响应时间15GHz射频功率检波器应用电路 310
第7章 射频与微波功率放大器的电源电路 311
7．1 射频系统的电源要求 311
7．1．1 射频系统的电源管理 311
7．1．2 射频系统的电源噪声控制 314
7．1．3 手持设备射频功率放大器的供电电路 319
7．2 LDO线性稳压器电源电路 323
7．2．1 LDO线性稳压器与DC-DC转换器的差异 323
7．2．2 LDO线性稳压器简介 325
7．2．3 选择LDO线性稳压器的基本原则 328
7．2．4 LDO线性稳压器的参数 329
7．2．5 LDO线性稳压器的PSRR 337
7．2．6 LDO线性稳压器电容选型 343
7．3 超低噪声高PSRR射频LDO线性稳压器电路实例 352
7．3．1 500mA超低噪声、高PSRR射频LDO线性稳压器电路 352
7．3．2 200mA超低噪声、高PSRR射频LDO线性稳压器电路 353
7．3．3 36V/1A/4．17V（RMS值）射频LDO线性稳压器电路 354
7．3．4 2A输出电流RMS值6V噪声RF LDO线性稳压器 356
7．4 射频功率放大器电源电路实例 359
7．4．1 基带和RFPA电源管理单元（PMU） 359
7．4．2 用于RFPA的可调节降压DC-DC转换器 360
7．4．3 具有MIPI＆reg; RFFE接口的RFPA降压DC-DC转换器 370
7．4．4 用于3G和4G的RFPA降压-升压转换电路 380
7．4．5 具有MIPI＆reg; RFFE接口的3G/4G RFPA降压-升压转换器 384
7．4．6 300mA 3．6V RFPA电源电路 387
第8章 射频与微波电路PCB设计 389
8．1 PCB的RLC 389
8．1．1 PCB的导线电阻 389
8．1．2 PCB导线的电感 389
8．1．3 PCB导线的阻抗 391
8．1．4 PCB导线的互感 392
8．1．5 PCB电源和接地平面电感 393
8．1．6 PCB的导线电容 394
8．1．7 PCB的平行板电容 395
8．1．8 PCB的过孔电容 395
8．1．9 PCB的过孔电感 396
8．1．10 典型过孔的R、L、C参数 396
8．1．11 过孔的电流模型 397
8．2 PCB电源/地平面 397
8．2．1 PCB电源/地平面的功能 397
8．2．2 PCB电源/地平面设计的一般原则 398
8．2．3 PCB电源/地平面叠层和层序 400
8．2．4 PCB电源/地平面的负作用 404
8．3 PCB传输线 405
8．3．1 微带线 405
8．3．2 埋入式微带线 406
8．3．3 单带状线 407
8．3．4 双带状线或非对称带状线 408
8．3．5 差分微带线和差分带状线 408
8．3．6 传输延时与介电常数r的关系 409
8．3．7 PCB传输线设计与制作中应注意的一些问题 409
8．4 射频与微波电路PCB设计的一些技巧 415
8．4．1 利用电容的“零阻抗”特性实现射频接地 415
8．4．2 利用电感的“穷大阻抗”特性辅助实现射频接地 417
8．4．3 利用“零阻抗”电容实现复杂射频系统的射频接地 417
8．4．4 利用半波长PCB连接线实现复杂射频系统的射频接地 418
8．4．5 利用1/4波长PCB连接线实现复杂射频系统的射频接地 419
8．4．6 利用1/4波长PCB微带线实现电路的隔离 419
8．4．7 PCB连线上的过孔数量与尺寸 420
8．4．8 端口的PCB连线设计 420
8．4．9 谐振回路接地点的选择 421
8．4．10 PCB保护环 422
8．4．11 利用接地平面开缝减小电流回流耦合 422
8．4．12 隔离 425
8．4．13 PCB走线形式 427
8．4．14 寄生振荡的产生与消除 429
8．5 PCB天线设计实例 431
8．5．1 300～450MHz发射器PCB环形天线设计实例 431
8．5．2 868MHz和915MHz PCB天线设计实例 436
8．5．3 915MHz PCB环形天线设计实例 437
8．5．4 紧凑型868/915 MHz天线设计实例 440
8．5．5 868MHz/915MHz/955MHz倒F PCB天线设计实例 440
8．5．6 868MHz/915MHz/920MHz微型螺旋PCB天线设计实例 441
8．5．7 2．4GHz F型PCB天线设计实例 442
8．5．8 2．4GHz 倒F PCB天线设计实例 444
8．5．9 2．4GHz小尺寸PCB天线设计实例 444
8．5．10 2．4GHz 蜿蜒式PCB天线设计实例 446
8．5．11 2．4GHz折叠偶极子PCB天线设计实例 447
8．5．12 868MHz/2．4GHz可选择单/双频段的单极子PCB天线设计实例 448
8．5．13 2．4 GHz YAGI PCB天线设计实例 448
8．5．14 2．4GHz全波PCB环形天线设计实例 450
8．5．15 2．4GHz PCB槽（slot）天线设计实例 450
8．5．16 2．4GHz PCB片式天线设计实例 451
8．5．17 2．4GHz蓝牙、802．11b/g WLAN片式天线设计实例 452
第9章 射频与微波功率放大器的散热设计 453
9．1 散热设计基础 453
9．1．1 热传递的三种方式 453
9．1．2 温度（高温）对元器件及电子产品的影响 454
9．1．3 温度减额设计 454
9．2 射频与微波功率放大器器件的封装与热特性 458
9．2．1 射频与微波功率放大器器件的封装 458
9．2．2 与器件封装热特性有关的一些参数 460
9．2．3 器件封装的基本热关系 462
9．2．4 常用IC封装的热特性 463
9．2．5 器件的最大功耗声明 468
9．2．6 最大功耗与器件封装和温度的关系 469
9．3 PCB的散热设计 473
9．3．1 PCB的热性能分析 473
9．3．2 PCB基材的选择 474
9．3．3 PCB元器件的布局 475
9．3．4 PCB的布线 477
9．3．5 均匀分布热源的稳态传导PCB的散热设计 479
9．3．6 铝质散热芯PCB的散热设计 481
9．3．7 PCB之间的合理间距设计 482
9．4 裸露焊盘的PCB设计 483
9．4．1 裸露焊盘简介 483
9．4．2 裸露焊盘连接的基本要求 487
9．4．3 裸露焊盘散热通孔的设计 489
9．4．4 裸露焊盘的PCB设计示例 491
9．5 散热器的安装与接地 495
9．5．1 散热器的安装 495
9．5．2 散热器的接地 500
参考文献 503