根据被测放大器的工作频率范围设置合成源和标量网络 分析仪的频率范围 接入被测放大器后，将放大器的电源端与稳压电源相连， 打开合成源的信号输出开关和稳压电源开关 记录标量网络分析仪上的测试数据
小信号放大器的测试
小信号放大器试验数据
2GHz S11(dB) s21(dB) 2.05GHz 2.1GHz 2.15MHz …… …… …小信号工作条件下，网络分析仪可以精确确 定小信号增益。幅度一般以dB表示，相位以度 表示。 传送到负载（一般为50 Ω终端）的功率可以用 微波功率计测量。单位通常以“dBm”表示。
PA的主要性能指标
饱和输出功率和1dB压缩点
依赖于偏置和负载，功率随输入功 率呈线性增加，直到放大器开始受 到压缩。 在压缩点，增益开始作为输入功率 的函数下降，最终PA的输出功率没 有任何增加，即“饱和输出功率”。 功率放大器增益压缩1dB所对应的 输出功率称为1dB压缩点输出功率， 记作P1dB。 1dB压缩点常被用来衡量放大器的 功率容量。 显然，1dB压缩点的相应增益 G1dB=G0-1dB，其中G0是放大器的 小信号增益。
微波放大器的设计及测试
主要内容
放大器概述 放大器的分类 小信号放大器的特性指标 功率放大器
功率放大器的特性指标 放大器的测试方法
RF/MW放大器概述
放大器是无线收发机中的重要组成部件。 类似于低频放大器，RF/MW放大器电路是为 了获取稳定的增益，其基本原理相同。
k = 波尔兹曼常量(1.38 * 10-23焦耳/ K), T = 温度，单位为开尔文 B = 噪声带宽(Hz) 在室温(290 K)时，噪声功率谱密度PNAD = -173.8 dBm/Hz。
PA的主要性能指标
三阶交调失真
交调也是输入大信号时的一个 特性。大信号时，输出端存在 各种阶次的交调分量，尤以三 阶干扰突出。 三阶交调分量（2i – i+1和 i+1–2i）和与基波信号角频 率（i和i+1）非常接近，不 可能把它从信道中滤除。 定义三阶交调失真：
线性度（动态范围）、交调失真、谐波、反向隔离等
小信号放大器不同的设计方法
一般放大器电路，根据信号输入功率不同可以分为：
小信号放大器 低噪声放大器 功率放大器
小信号放大器根据增益规格和设计考量，可分为：
最大增益 固定增益
放大器就S参数设计考量则可有：
单向设计 双向共轭匹配设计
信 号 源 衰 减 器 被 测 放 大 器 频 谱 仪
小信号放大器的测试
微波功率放大器的测试
微波功率计的使用 用微波功率计测试放大器增益 用微波功率计测试放大器增益输出功率
信 号 源
被 测 放 大 器
衰 减 器
功 率 计
小信号放大器的测试
测试步骤
仪器开机预热15分钟后进行系统校准
PA与小信号放大器的区别
大信号工作
需要有足够的电流驱动能力和击穿电 压 如30dB@50Ω=1W=10V×200mA 非线性
功率增益和电压增益的区别
低频射极跟随器，没有电压增益 功率增益GT=8.7dB
PA与小信号放大器的区别
共轭匹配不一定是最佳选择
为了从一个给定的信号源获取最大的功 率，心也要负载与信号源内阻共轭匹配， 实现的功率传输效率为50％，即一半功 率消耗在内阻。 对于放大器，电压源的负载电阻越大， 电流源的负载电阻越小，内阻上的消耗 就越小。
PA的主要性能指标
效率和功率附加效率（Power Added Efficiency）
功放将电源的直流功率转化成交流信号功率输出，只有 一部分直流功率被转化成为有用的信号功率并为负载所 获得，另一部分被放大器本身以及电路中的寄生元件所 消耗。 射频输出功率 PL P
直流输入功率 PD
考虑了放大器的放大能力后，定义PAE：
add
射频输出功率 射频输入功率 PL Pin 1 (1 ) 直流输入功率 PD G
效率和线性度矛盾的另一方面：输出功率越大，效率越 高，由非线性所引起的失真或干扰也越强。
PA的主要性能指标
功率(或增益) 控制
有效的节省能量、减少对其他用户干扰的手段，在 CDMA系统中更是一个基本要求。 可以通过模拟信号(连续变化) 或数字信号(按一定的步长 或dB 值变化) 控制。
器件随机噪声：PNA = kTB
k = 波尔兹曼常量(1.38 * 10-23焦耳/ K), T = 温度，单位为开尔文 B = 噪声带宽(Hz) 在室温(290 K)时，噪声功率谱密度PNAD = -173.8 dBm/Hz。
PA的主要性能指标
动态范围
由于 F
P 1 P n1 P2 Pn 2
PA的主要性能指标
动态范围
动态范围是放大器的一个主要指标，用Pout,1dB和 Pout,mds之差表示了放大器的线性放大区，即：
dR= Pout,1dB - Pout,mds Pout,mds为对应于最小输入信号的输出功率，在多数 情况下，Pout,mds量值取输出噪声功率 Pn,out的2倍 （即增加3 dB）。
如果忽略3阶以上交调，则此截 点是个固定点，与放大器的特定 增益无关。可用来作为量化交调 失真的参数
小信号放大器的测试
微波放大器的测试
微波网络分析仪的使用 频谱分析仪的使用 微波放大器增益的测试 P-1的测试
微带功分器的测试
测试框图
网络分析仪
被测功分器
小信号放大器的测试
测试框图
效率和线性度：最基本的要求和矛盾
小信号放大器通常不存在效率问题，但 由于功放消耗的巨大功率，效率成为关 键指标之一，尤其对于电池供电系统。
PA的主要性能指标
工作频带
工作频带是指放大器满足全部性能指标的连续 频率范围。 硅双极型晶体管功率放大器和硅金属氧化物场 效应管功率放大器的工作频率是从300MHz到 4GHz； 砷化镓场效应管功率放大器的工作频率是从 1GHz到几十GHz。
输入输出反射系数或驻波比
PA的输出反射损耗（S22）通常较差，因为良好反射损耗 的匹配不同于最大功率的匹配。 为了获得最大的输入功率，需要较小的输入反射系数； 为了获得高效率，通常会在输出端形成较大的驻波比。 典型值为：输入，-10dB ~ -20dB；输出， -5dB ~ -10dB。
所以放大器的输出噪声功率为：
Pn,out = kTBG0F
故
Pout,mds = 2kTBG0F
若用dBm表示，上式可变为
P out ,mds (dBm) 10lg(kT ) 10lg B G0 (dB) F (dB) 3dB
在 T=300K时，10log(kT) = -173.8 dBm，B为放大器带宽。
……
Pin-1dB：
POUT-1dB：
小信号放大器的测试
功率放大器试验数据
400MHz 450MHz S11(dB)
s21(dB) s22(dB)
500MHz
550MHz
…… ……
…… …… ……
1GHz
电压：电流： 功耗： 功率附加效率： 并计算增益平坦度：？dB 增益:>dB 电压驻波比(输入，输出端口)：VSWR
功率放大器
功率放大器（PA）一般是发射机系统的末级，其作用 是把信号功率最终放大到足够的电平，以便能通过适当 的天线进行微波发射。 功率放大器是将直流输入功率转化为射频/微波输出功 率的电路，其基本要求有：
输出功率尽可能大 非线性失真要小 效率要高 要充分考虑功放管的散热
功率放大器输出功率可达几百毫瓦至几瓦，前述的小信号理论会 失效，必须获得大信号参数。
1 VSWR 1
小信号放大器的测试
功率放大器试验数据（2GHz时测试）
输入功率 0dBm 输出功率 二次谐波 功率 三次谐波 功率 1dBm 2dBm 3dBm …… …… …… ……
……
Pin-1dB：
POUT-1dB：
P-1：时候的谐波失真值
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小信号放大器的设计目标
在设计放大器时，一般有以下几种目标：
以达到最大功率增益为目标； 以达到最稳定增益为目标； 要达到某一确定的增益值（小于最大增益）； 以达到最小噪声系数为目标； 综合考虑以上目标。
这些设计目标均可以按照网络的S参数导出相应的 公式。 对于不同的设计原则，相应的匹配网络的结构也就 不一样。
在RF/MW放大器电路中通常使用二端口网络 进行描述，用S参量表述晶体管的特性，因此 其分析和设计也是基于S参量和二端口网络。 对射频电路而言，要特别关注输入端与输出端 的阻抗匹配问题。
RF/MW放大器概述 放大器的基本组成
放大器设计
RF/MW放大器的分类
按用途： 低噪声放大器 中频放大器 可变增益放大器 功率放大器
中功率放大器、大功率放大器。
按信号的强弱： 小信号放大器 大信号放大器 按工作范围： 宽带放大器 窄带放大器 按电路组态工作点的位置： A(甲)类、B(乙)类、C（丙）类……等
小信号放大器的性能指标
增益和增益平坦度（以dB表示） 工作频率及带宽（单位Hz） 稳定性 噪声系数（以dB表示） 输出功率（单位dBm） 输入输出端口匹配( 反射系数或驻波比) 直流工作电压和电流（单位V和A） 其他参数：
IMD(dB) Pout ( f 2 )(dBm) Pout (2 f 2 f1 )(dBm)
PA的主要性能指标
三阶交截点
Pout(f2)是基波分量频率为f2的 线性输出功率 Pout(2f2－f1)为三阶交调分量的 输出功率 Pout(f2)与P(2f2－f1)两条直线有 一交点，称为三阶截点（IP3）