射頻功率放大的案例
干貨｜射頻功率放大器（RF PA） 科普：射頻原來是這么一回事！
射頻功率放大器(RF PA)是發射系統中的主要部分，其重要性不言而喻。在發射機的前級電路中，調制振蕩電路所產生的射頻信號功率很小，需要經過一系列的放大（緩沖級、中間放大級、末級功率放大級）獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。在調制器產生射頻信號后，射頻已調信號就由RF PA將它放大到足夠功率，經匹配網絡，再由天線發射出去。
放大器的功能，即將輸入的內容加以放大并輸出。輸入和輸出的內容，我們稱之為“信號”，往往表示為電壓或功率。對于放大器這樣一個“系統”來說，它的“貢獻”就是將其所“吸收”的東西提升一定的水平，并向外界“輸出”。如果放大器能夠有好的性能，那么它就可以貢獻更多，這才體現出它自身的“價值”。如果放大器存在著一定的問題，那么在開始工作或者工作了一段時間之后，不但不能再提供任何“貢獻”，反而有可能出現一些不期然的“震蕩”，這種“震蕩”對于外界還是放大器自身，都是災難性的。
射頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率與效率，如何提高輸出功率和效率,是射頻功率放大器設計目標的核心。通常在射頻功率放大器中，可以用LC諧振回路選出基頻或某次諧波，實現不失真放大。除此之外，輸出中的諧波分量還應該盡可能地小，以避免對其他頻道產生干擾。
分類
根據工作狀態的不同，功率放大器分類如下：
傳統線性功率放大器的工作頻率很高，但相對頻帶較窄，射頻功率放大器一般都采用選頻網絡作為負載回路。
展開 將低功率射頻信號線性放大至高功率水平的射頻放大芯片-WT20-1809
射頻放大芯片是無線通信系統中的核心組件，主要負責對高頻射頻信號進行功率放大，以確保信號能夠有效傳輸并克服路徑損耗。
?核心作用：
信號放大（增益功能）?：將低功率射頻信號（通常為微瓦級或毫瓦級）線性放大至高功率水平（瓦級甚至更高），使信號具備足夠能量驅動天線并實現遠距離傳輸。
驅動天線?：放大后的信號通過匹配網絡高效耦合至天線，將其轉換為電磁波輻射出去。
提升通信質量與覆蓋范圍?：在手機、基站等設備中，射頻放大芯片直接影響通信距離、信號穩定性和能耗效率。
工采網代理韓國Wellang的這款單低噪聲塊變頻器調節器（LNBR）適用于模擬和數字衛星接收器，是一種單片線性開關電壓調節器，專門設計用于通過同軸電纜向兩個LNB下變頻器提供功率和接口信號。WT20-1809需要很少的外部組件，與升壓開關和補償電路集成在設備的內部。選擇一個較高的開關頻率來較小化無源濾波組件的大小，進一步幫助降低成本。高水平的組件集成確保了極低的噪聲和波紋數字。對于DiSEqCTM通信，提供一個音調控制引腳來控制內部生成的22 kHz音調開和關。
該芯片通過I2C接口提供8個可編程的LNB輸出電壓（13.3V至20.0V）能靈活適配不同LNB的工作電壓需求，并具備線路補償能力；輸出電流限制可通過單一外部電阻在300mA至800mA 范圍內精確設定；內部升壓轉換器峰值電流限制會自動跟隨LNB電流限制的設置進行縮放。
WT20-1809采用QFN16封裝，將升壓開關MOSFET、電流檢測電路和環路補償網絡集成于芯片內部，簡化PCB設計布局，降低成本，同時，其升壓轉換器采用352kHz的高開關頻率，允許更小尺寸的電感和電容進行濾波，進一步助力設備的小型化，特別適合空間受限的現代消費電子產品。
展開 國產GaN功率放大器重磅宣布，能應用于5G基站
在10日揭幕的2018中國國際應用科技交易博覽會上，國產5G通信基站GaN（氮化鎵）功率放大器芯片，在中國發明成果轉化研究院展區對外亮相。該研究院有關負責人透露，GaN芯片已完成多款產品設計，并已獲得中電集團客戶認證成功，計劃2019年正式推出，將可全面滿足中國5G通信基站對射頻功率放大器的需求，未來可望實現人與人乃至物聯網、生產機器人、無人駕駛“實時無線電通信”。據悉，此舉亦打破國外對高性能GaN器件實行對華禁運之壟斷。
在2018中國國際應用科技交易博覽會上，GaN功率放大器芯片對外亮相。（方俊明 攝）
“GaN是第三代半導體的代表材料。”中國發明成果轉化研究院有關負責人表示，采用GaN的微波射頻器件目前主要用于軍事領域及4G/5G通訊基站應用場景，出于軍事安全的考量，國外對高性能的氮化鎵器件實行對華禁運。因此，發展自主GaN射頻功放產業，對于打破國外壟斷具有重要的意義。
芯片2019年推出將更可靠廉價
據透露，由中國科學院精英等高端人才組成的本創微電子團隊，擁有豐富的管理與芯片工藝開發經驗，專注于微波射頻功率器及芯片設計。該團隊歷經3年的技術攻關，擁有工藝結構、封裝結構多項專利。目前該團隊已完成多款關鍵GaN功率放大器芯片設計，并已獲中電集團客戶認證成功。而5G-Sub6G基站所需的GaN芯片產品，計劃于2019年推出，屆時將可全面滿足中國5G通信基站對射頻功率放大器的殷切需求。
“從2020年起，5G移動標準將廣泛應用，它旨在更加快速高效的傳播數據。”
展開 干貨｜詳解功率放大器的類型、類別和應用
音頻功率放大器的輸出范圍從幾毫瓦（如耳機放大器）到數千瓦（如Hi-Fi /家庭影院系統中的功率放大器）。
射頻功率放大器
無線傳輸要求調制波要通過空氣長距離發送。使用天線發送信號，并且發送范圍取決于饋送到天線的信號的功率大小。
對于諸如FM廣播之類的無線傳輸，天線需要輸入功率為數千千瓦的信號。在此，射頻功率放大器用于將調制波的功率幅度增加到足以達到所需傳輸距離的水平。
什么是功率放大器？詳解功放的類型、類別和應用
功率放大器的類型
根據連接的輸出設備的類型，功率放大器分為以下三種類型：
音頻功率放大器
射頻功率放大器
直流功率放大器
音頻功率放大器
這種類型的功率放大器用于增加較弱音頻信號的功率大小。在電視，移動電話等的揚聲器驅動電路中使用的放大器屬于此類別。
音頻功率放大器的輸出范圍從幾毫瓦（如耳機放大器）到數千瓦（如Hi-Fi /家庭影院系統中的功率放大器）。
射頻功率放大器
無線傳輸要求調制波要通過空氣長距離發送。使用天線發送信號，并且發送范圍取決于饋送到天線的信號的功率大小。
對于諸如FM廣播之類的無線傳輸，天線需要輸入功率為數千千瓦的信號。
展開 中國射頻功率放大器行業概覽
——以下內容已上傳【半導體產業研究】知識星球，成員可登錄星球搜索關鍵詞下載（文末查看如何成為星球成員）。
今日星球新增報告：
掃碼加入知識星球成員，享受一年免費下載權益！
~全篇完~
歡迎關注微信公眾號：半導體產業研究院
今日新增報告：
【半導體產業研究】知識星球：為需要的朋友提供優質的報告資源！
如何成為星球成員？
掃碼即可進入星球
成為星球成員后，電腦端搜索知識星球官網，登錄網頁版，搜索關鍵詞，操作更方便！
編者建立了半導體產業交流群，僅限半導體產業相關人士加入，群內歡迎大家交流探討行業問題。
入群請添加群主微信
備注：姓名+公司+主營
詳述GaN 器件如何設計出性價比高的5G產品
今天就來介紹一下GaN 器件如何來設計5G產品，要想充分利用 GaN 射頻功率放大器的優勢，我們需要對常規方法稍微做點調整，相信最終結果不會讓我們失望。具體如何調整呢？下面就來看一下吧。
我們先來看看電子世界中的工程師對GaN 的一些誤解吧。
首先，要消除在成本方面對GaN 射頻功率放大器的誤解。
與純硅或 LDMOS 解決方案相比，目前生產 GaN 的成本更高。但是，這GaN 可以降低整個系統的總成本，因為可以使用更小的封裝來滿足功率需求。更小的封裝不僅可以縮小電路板尺寸，降低成本，還可以節省大量的散熱器成本。多頻段和寬帶 GaN 放大器可取代系統中的多個獨立窄帶放大器，從而進一步降低系統的總成本。
其中，要注意的是并非所有 GaN 都一樣。
有一種誤解認為，所有的 GaN 功率放大器都相似，足以實現商品化。實際上每家供應商的 GaN 器件性能各不相同，并且供應商通常會提供不同的解決方案，以滿足其獨特的 PA 需求。嵌入式設計人員不應該認為他們過去使用 GaN 的經驗對所有供應商都適用。與供應商密切合作可確保充分利用每個獨一無二的 GaN PA。
最后，柵極電流高會引起故障
嵌入式設計人員發現 GaN PA 的數據表中出現較高的柵極電流，并為此擔憂。他們認為高柵極電流會導致器件故障。事實上，高柵極電流并不一定意味著可靠性問題。可靠性在很大程度上取決于技術，這又回到了之前討論的問題——并非所有 GaN 都具有相同性能。通過簡單調整偏置電路以適應更高電流，可顯著提高系統功率效率和功率密度。
消除了這些誤解，下面就開啟正式的設計思路吧。這里要詳細介紹最大化GaN性能的設計方案了。
線性化設計
在使用 GaN 之前，大多數嵌入式設計人員最關心的問題就是線性化。
展開 5G預商用，哪些射頻器件廠商先行一步？
1.Skyworks（思佳訊）
總部位于美國，經營范圍包括射頻及無線半導體解決方案、放大器、衰減器、檢波器、二極管、定向耦合器、前端模塊等。
主要產品：射頻芯片SKY77611、 電源放大模塊SKY77827、SKY77802-23、SKY77803-20、電源放大模塊SKY77812(x2)、SKY77802-23、SKY78100-20
2、Qorvo（RFMD與TriQuint）
總部位于美國，Qorvo 由RFMD 和TriQuint合并而成。兼具RFMD 和TriQuint 的技術、集體經驗和智慧資源，是移動、基礎設施和國防應用領域可擴展和動態RF 解決方案的全球領導者。
主要產品：Qorvo無線網絡集成電路
3、TriQuint（超群半導體）
總部位于美國，經營范圍包括功率放大模塊、BAW濾波器等。
主要產品：功率放大模塊TQF6410、功率放大模塊TQF6405、功率放大模塊TQF6410
4.RFMD（威訊）
總部位于美國，經營范圍包括功率放大器(PA)，傳輸(TxMs)模塊，高性能開關，開關濾波器模塊(SFMS)，和前端電源管理。
主要產品：天線開關威訊RF5159、天線開關威訊RF5150、天線開關威訊RF5159
5.Avago(安華高)
總部位于美國，經營范圍包括無線通信、有線基礎設施、工業和汽車電子產品、消費電子和計算機外圍設備。
展開 GaN產業鏈—射頻通信大顯身手，功率器件或后來居上
來源：平安證券
采用升壓開關與補償電路均集成于器件內部于一體的射頻放大芯片-WT20-1809
射頻放大芯片（如低噪聲放大器LNA、功率放大器PA）的核心功能是通過放大高頻信號實現無線通信的穩定傳輸，其工作原理分為發射鏈路和接收鏈路兩部分。
一、發射鏈路（數字信號→射頻信號）：
調制與放大?：基帶數字信號經調制器加載到高頻載波（如5G的64QAM調制），再通過驅動放大器初步放大。
波與功率放大?：信號經帶通濾波器去除雜波后，進入功率放大器（PA）提升至天線發射功率（手機通常為1~23dBm）。
天線輸出?：放大后的信號通過天線開關切換至發射天線輻射至空中。
二、接收鏈路（射頻信號→數字信號）：
微弱信號接收?：天線接收的微弱射頻信號（低至-100dBm）經天線開關進入低噪聲放大器（LNA），在抑制噪聲的前提下放大至可處理水平（LNA增益≥15dB）。
混頻與解調?：放大后的信號與本地振蕩器產生的基準信號混頻，下變頻至中頻或基帶（如28GHz毫米波降至幾百MHz中頻），再經解調器還原為數字信號。
動態控制?：內置射頻控制器實時調整PA功率和LNA增益，優化不同環境下的信號穩定性。
由工采電子代理的韓國WellangWT20-1809是一款單通道低噪聲塊轉換調節器（LNBR）；專為模擬和數字衛星接收器設計，屬于單片式線性及開關電壓調節器，可用于通過同軸電纜向兩個LNB下轉換器提供穩定的功率和接口信號。
WT20-1809集成了升壓開關和補償電路，極大地簡化了系統架構，降低成本，同時保證了極低的噪聲和紋波值；采用符合I2C?標準的接口，工作頻率高達400 kHz，便于數據傳輸，同時設有音調控制引腳，可控制內部生成的22 kHz音調的開關，方便進行DiSEqC?音調編碼。
此外還提供了一整套故障寄存器，符合各種常見標準，包括過電流、熱關斷、低電壓和功率不良等。
展開 全球5G產業鏈布局與供應商分析
三、射頻芯片產業鏈分析
射頻簡稱RF射頻就是射頻電流，是一種高頻交流變化電磁波，射頻芯片指的就是將無線電信號通信轉換成一定的無線電信號波形，并通過天線諧振發送出去的一個電子元器件。射頻芯片架構包括接收通道和發射通道兩大部分。
射頻前端芯片包括射頻開關、射頻低噪聲放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等芯片。射頻開關用于實現射頻信號接收與發射的切換、不同頻段間的切換；射頻低噪聲放大器用于實現接收通道的射頻信號放大；射頻功率放大器用于實現發射通道的射頻信號放大；射頻濾波器用于保留特定頻段內的信號，而將特定頻段外的信號濾除；雙工器用于將發射和接收信號的隔離，保證接收和發射在共用同一天線的情況下能正常工作。智能手機通信系統結構示意圖如下。
圖2 智能手機通信系統結構示意圖
射頻前端模塊是手機通信系統的核心組件，對它的理解要從兩方面考慮：第一，它是連接通信收發芯片（transceiver）和天線的必經通路；第二，它的性能直接決定了移動終端可以支持的通信模式，以及接收信號強度、通話穩定性、發射功率等重要性能指標，直接影響終端用戶體驗。
目前，射頻前端芯片是移動智能終端產品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術升級的主要驅動力，也是芯片設計研發的主要方向。射頻前端芯片與處理器芯片不同，后者依靠不斷縮小制程實現技術升級，而作為模擬電路中應用于高頻領域的一個重要分支，射頻電路的技術升級主要依靠新設計、新工藝和新材料的結合。
根據Gartner統計，智能移動終端的出貨量已經從2013年的22億臺增長至2016年的24億臺，預計未來保持穩定。如今，手機中射頻(RF)器件的成本越來越高。
展開 
OptiSystem應用：放大器泵浦功率效應
本案例詳細介紹了980 nm和1480 nm泵浦的放大器。980nm和1480nm泵浦波長是EDFA中使用的最重要的泵浦波長。圖1顯示了具有980nm和1480nm波長泵浦的正向泵浦方案中的布局設置。
以信號輸出功率、增益和噪聲系數為特征的放大器性能取決于泵浦波長。
在這個例子中可以設置不同的信號輸入功率或信號波長以及光纖參數，并且可以將新的結果與之前的結果進行比較。對泵浦功率進行掃參得到的結果如圖2所示。
在該項目文件中，可以獲得30-40 dB范圍內的高放大器增益，將泵浦功率從10 mW掃至200 mW。在這種情況下，考慮的信號輸入功率為-20 dBm。本項目中計算的輸出功率在6–17 dBm范圍內，而噪聲系數在3–5 dB之間變化。
展開 OptiSystem：放大器泵浦功率效應
以信號輸出功率、增益和噪聲系數為特征的放大器性能取決于泵浦波長。
本案例詳細介紹了980 nm和1480 nm泵浦的放大器。980nm和1480nm泵浦波長是EDFA中使用的最重要的泵浦波長。圖1顯示了具有980nm和1480nm波長泵浦的正向泵浦方案中的布局設置。
a）前向泵浦980nm
b）前向泵浦1480nm
圖1 980nm和1480nm波長泵浦的正向泵浦系統布局圖
在該項目文件中，可以獲得30-40 dB范圍內的高放大器增益，將泵浦功率從10 mW掃至200 mW。在這種情況下，考慮的信號輸入功率為-20 dBm。本項目中計算的輸出功率在6–17 dBm范圍內，而噪聲系數在3–5 dB之間變化。
在這個例子中可以設置不同的信號輸入功率或信號波長以及光纖參數，并且可以將新的結果與之前的結果進行比較。對泵浦功率進行掃參得到的結果如圖2所示。
圖2 前向泵浦980nm和1480nm的增益與泵浦功率的關系
圖3為后向泵浦980nm的系統布局圖。
圖3 980nm后向泵浦系統布局圖
圖4顯示了掃描后向泵浦980nm和前向泵浦980nm的泵浦功率，得到的增益隨功率變化的曲線圖。
圖4 后向泵浦980nm和前向泵浦980nm增益隨功率變化的曲線圖
我們從中可以比較前向泵浦與后向泵浦增益隨泵浦功率變化的差異。
展開 OptiSystem應用：放大器泵浦功率效應
以信號輸出功率、增益和噪聲系數為特征的放大器性能取決于泵浦波長。
本案例詳細介紹了980 nm和1480 nm泵浦的放大器。980nm和1480nm泵浦波長是EDFA中使用的最重要的泵浦波長。圖1顯示了具有980nm和1480nm波長泵浦的正向泵浦方案中的布局設置。
a）前向泵浦980nm
b）前向泵浦1480nm
圖1.980nm和1480nm波長泵浦的正向泵浦系統布局圖
在該項目文件中，可以獲得30-40 dB范圍內的高放大器增益，將泵浦功率從10 mW掃至200 mW。在這種情況下，考慮的信號輸入功率為-20 dBm。本項目中計算的輸出功率在6–17 dBm范圍內，而噪聲系數在3–5 dB之間變化。
在這個例子中可以設置不同的信號輸入功率或信號波長以及光纖參數，并且可以將新的結果與之前的結果進行比較。對泵浦功率進行掃參得到的結果如圖2所示。
圖2.前向泵浦980nm和1480nm的增益與泵浦功率的關系
圖3為后向泵浦980nm的系統布局圖。
圖3.980nm后向泵浦系統布局圖
圖4顯示了掃描后向泵浦980nm和前向泵浦980nm的泵浦功率，得到的增益隨功率變化的曲線圖。
圖4.后向泵浦980nm和前向泵浦980nm增益隨功率變化的曲線圖
我們從中可以比較前向泵浦與后向泵浦增益隨泵浦功率變化的差異。
展開 OptiSystem應用：放大器泵浦功率效應
以信號輸出功率、增益和噪聲系數為特征的放大器性能取決于泵浦波長。
本案例詳細介紹了980 nm和1480 nm泵浦的放大器。980nm和1480nm泵浦波長是EDFA中使用的最重要的泵浦波長。圖1顯示了具有980nm和1480nm波長泵浦的正向泵浦方案中的布局設置。
a）前向泵浦980nm
b）前向泵浦1480nm
圖1.980nm和1480nm波長泵浦的正向泵浦系統布局圖
在該項目文件中，可以獲得30-40 dB范圍內的高放大器增益，將泵浦功率從10 mW掃至200 mW。在這種情況下，考慮的信號輸入功率為-20 dBm。本項目中計算的輸出功率在6–17 dBm范圍內，而噪聲系數在3–5 dB之間變化。
在這個例子中可以設置不同的信號輸入功率或信號波長以及光纖參數，并且可以將新的結果與之前的結果進行比較。對泵浦功率進行掃參得到的結果如圖2所示。
圖2.前向泵浦980nm和1480nm的增益與泵浦功率的關系
圖3為后向泵浦980nm的系統布局圖。
圖3.980nm后向泵浦系統布局圖
圖4顯示了掃描后向泵浦980nm和前向泵浦980nm的泵浦功率，得到的增益隨功率變化的曲線圖。
圖4.后向泵浦980nm和前向泵浦980nm增益隨功率變化的曲線圖
我們從中可以比較前向泵浦與后向泵浦增益隨泵浦功率變化的差異。
展開 