分類

 

根據工作狀態的不同，功率放大器分類如下：

 

 

 

chuantongxianxinggonglvfangdaqidegongzuopinlvhengao
，danxiangduipindaijiaozhai，shepingonglvfangdaqiyibandoucaiyongxuanpinwangluozuoweifuzaihuilu。shepingonglvfangdaqikeyianzhaodianliudaotongjiaodebutong
，fenweijia（A）
、乙（B）

、丙（C）三類工作狀態。甲類放大器電流的導通角為360°，適用於小信號低功率放大
，乙類放大器電流的導通角等於180°，丙類放大器電流的導通角則小於180°。乙yi類lei和he丙bing類lei都dou適shi用yong於yu大da功gong率lv工gong作zuo狀zhuang態tai，丙bing類lei工gong作zuo狀zhuang態tai的de輸shu出chu功gong率lv和he效xiao率lv是shi三san種zhong工gong作zuo狀zhuang態tai中zhong最zui高gao的de。射she頻pin功gong率lv放fang大da器qi大da多duo工gong作zuo於yu丙bing類lei
，但dan丙bing類lei放fang大da器qi的de電dian流liu波bo形xing失shi真zhen太tai大da，隻zhi能neng用yong於yu采cai用yong調tiao諧xie回hui路lu作zuo為wei負fu載zai諧xie振zhen功gong率lv放fang大da。由you於yu調tiao諧xie回hui路lu具ju有you濾lv波bo能neng力li，回hui路lu電dian流liu與yu電dian壓ya仍reng然ran接jie近jin於yu正zheng弦xian波bo形xing，失shi真zhen很hen小xiao。

 

開關型功率放大器（Switching Mode PA,SMPA)，使電子器件工作於開關狀態，常見的有丁（D）類放大器和戊（E）類放大器，丁類放大器的效率高於丙類放大器。SMPAjiangyouyuanjingtiguanqudongweikaiguanmoshi，jingtiguandegongzuozhuangtaiyaomeshikai，yaomeshiguan，qidianyahedianliudeshiyuboxingbucunzaijiaodiexianxiang，suoyishizhiliugonghaoweiling，lixiangdexiaolvnengdadao100%。

 

傳統線性功率放大器具有較高的增益和線性度但效率低，而開關型功率放大器具有很高的效率和高輸出功率
，但線性度差。具體見下表：

 

 

 

電路組成

 

放大器有不同類型，簡化之，放大器的電路可以由以下幾個部分組成：晶體管、偏置及穩定電路
、輸入輸出匹配電路。

 

 

 

1-1
、晶體管

 

晶(jing)體(ti)管(guan)有(you)很(hen)多(duo)種(zhong)，包(bao)括(kuo)當(dang)前(qian)還(hai)有(you)多(duo)種(zhong)結(jie)構(gou)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)被(bei)發(fa)明(ming)出(chu)來(lai)。本(ben)質(zhi)上(shang)
，晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)工(gong)作(zuo)都(dou)是(shi)表(biao)現(xian)為(wei)一(yi)個(ge)受(shou)控(kong)的(de)電(dian)流(liu)源(yuan)或(huo)電(dian)壓(ya)源(yuan)
，其(qi)工(gong)作(zuo)機(ji)製(zhi)是(shi)將(jiang)不(bu)含(han)內(nei)容(rong)的(de)直(zhi)流(liu)的(de)能(neng)量(liang)轉(zhuan)化(hua)為(wei)“有用的”輸出。直流能量乃是從外界獲得，晶體管加以消耗，並轉化成有用的成分。不同的晶體管不同的“能力”，比如其承受功率的能力有區別
，這也是因為其能獲取的直流能量的能力不同所致
；比如其反應速度不同，這決定它能工作在多寬多高的頻帶上；比如其麵向輸入
、輸出端的阻抗不同，及對外的反應能力不同，這決定了給它匹配的難易程度。

 

1-2、偏置電路及穩定電路

 

偏置和穩定電路是兩種不同的電路，但因為他們往往很難區分，且設計目標趨同
，所以可以放在一起討論。

 

晶體管的工作需要在一定的偏置條件下
，我們稱之為靜態工作點。這是晶體管立足的根本，是它自身的“定位”。每(mei)個(ge)晶(jing)體(ti)管(guan)都(dou)給(gei)自(zi)己(ji)進(jin)行(xing)了(le)一(yi)定(ding)的(de)定(ding)位(wei)，其(qi)定(ding)位(wei)不(bu)同(tong)將(jiang)決(jue)定(ding)了(le)它(ta)自(zi)身(shen)的(de)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)，在(zai)不(bu)同(tong)的(de)定(ding)位(wei)上(shang)也(ye)存(cun)在(zai)著(zhe)不(bu)同(tong)的(de)性(xing)能(neng)表(biao)現(xian)。有(you)些(xie)定(ding)位(wei)點(dian)上(shang)起(qi)伏(fu)較(jiao)小(xiao)，適(shi)合(he)於(yu)小(xiao)信(xin)號(hao)工(gong)作(zuo)；有些定位點上起伏較大，適合於大功率輸出
；有些定位點上索取較少，釋放純粹，適合於低噪聲工作；youxiedingweidian
，jingtiguanzongshizaibaohehejiezhizhijianpaihuai

，chuyukaiguanzhuangtai。yigeqiadangdepianzhidian
，shizhengchanggongzuodechu。zaishejikuandaigonglvfangdaqishi
，huogongzuopinlvjiaogaoshi
，pianzhidianluduidianluxingnengyingxiangjiaoda，cishiyingbapianzhidianluzuoweipipeidianludeyibufenkaolv。

 

偏置網絡有兩大類型，無源網絡和有源網絡。無源網絡(即自偏置網絡)通(tong)常(chang)由(you)電(dian)阻(zu)網(wang)絡(luo)組(zu)成(cheng)，為(wei)晶(jing)體(ti)管(guan)提(ti)供(gong)合(he)適(shi)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)。它(ta)的(de)主(zhu)要(yao)缺(que)陷(xian)是(shi)對(dui)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)參(can)數(shu)變(bian)化(hua)十(shi)分(fen)敏(min)感(gan)，並(bing)且(qie)溫(wen)度(du)穩(wen)定(ding)性(xing)較(jiao)差(cha)。有(you)源(yuan)偏(pian)置(zhi)網(wang)絡(luo)能(neng)改(gai)善(shan)靜(jing)態(tai)工(gong)作(zuo)點(dian)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)，還(hai)能(neng)提(ti)高(gao)良(liang)好(hao)的(de)溫(wen)度(du)穩(wen)定(ding)性(xing)，但(dan)它(ta)也(ye)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti)，如(ru)增(zeng)加(jia)了(le)電(dian)路(lu)尺(chi)寸(cun)、增加了電路排版的難度以及增加了功率消耗。

 

wendingdianluyidingyaozaipipeidianluzhiqian，yinweijingtiguanxuyaojiangwendingdianluzuoweizishendeyibufencunzai，zaiyuwaijiejiechu。zaiwaijiekanlai，jiashangwendingdianludejingtiguan


，shiyige“全新的”晶體管。它做出一定的“犧牲”，獲得了穩定性。穩定電路的機製能夠保證晶體管順利而穩定的運轉。

 

1-3、輸入輸出匹配電路

 

pipeidianludemudeshizaixuanzeyizhongjieshoudefangshi。duiyunaxiexiangtigonggengdazengyidejingtiguanlaishuo
，qitujingshiquanpandejieshouheshuchu。zheyiweizhetongguopipeidianluzheyigejiekou
，butongdejingtiguanzhijiangoutonggengjiashunchang
，duiyubutongzhongdefangdaqileixinglaishuo，pipeidianlubingbushizhiyou“全盤接受”一種設計方法。一些直流小
、genjiqiandexiaoxingguan，gengyuanyizaijieshoudeshihouzuoyidingdezudang，laihuoqugenghaodezaoshengxingneng，ranerbunengzudangguoletou
，fouzehuiyingxiangqigongxian。erduiyuyixiejuxinggonglvguan，zexuyaozaishuchushijinxiaoshenwei，yinweitamengengbuwending
，tongshi，yidingdebaoliuyouzhuyutamenfahuichugengduode“不扭曲的”能量。

 

典型的阻抗匹配網絡有L匹配、π形匹配和T形匹配。其中L匹配，其特點就是結構簡單且隻有兩個自由度L和C。一旦確定了阻抗變換比率和諧振頻率，網絡的Q值（帶寬）也就確定了。π形匹配網絡的一個優點就是不管什麼樣的寄生電容
，隻要連接到它，都可以被吸到網絡中，這也導致了π形匹配網絡的普遍應用，因為在很多的實際情況中，占支配地位的寄生元件是電容。T形匹配
，當電源端和負載端的寄生參數主要呈電感性質時，可用T形匹配來把這些寄生參數吸收入網絡。

 

確保射頻PA穩定的實現方式

 

每一個晶體管都是潛在不穩定的。好的穩定電路能夠和晶體管融合在一起，形成一種“可持續工作”的模式。穩定電路的實現方式可劃分為兩種：窄帶的和寬帶的。

 

窄(zhai)帶(dai)的(de)穩(wen)定(ding)電(dian)路(lu)是(shi)進(jin)行(xing)一(yi)定(ding)的(de)增(zeng)益(yi)消(xiao)耗(hao)。這(zhe)種(zhong)穩(wen)定(ding)電(dian)路(lu)是(shi)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)一(yi)定(ding)的(de)消(xiao)耗(hao)電(dian)路(lu)和(he)選(xuan)擇(ze)性(xing)電(dian)路(lu)實(shi)現(xian)的(de)。這(zhe)種(zhong)電(dian)路(lu)使(shi)得(de)晶(jing)體(ti)管(guan)隻(zhi)能(neng)在(zai)很(hen)小(xiao)的(de)一(yi)個(ge)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)貢(gong)獻(xian)。另(ling)外(wai)一(yi)種(zhong)寬(kuan)帶(dai)的(de)穩(wen)定(ding)是(shi)引(yin)入(ru)負(fu)反(fan)饋(kui)。這(zhe)種(zhong)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)在(zai)一(yi)個(ge)很(hen)寬(kuan)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)工(gong)作(zuo)。

 

不bu穩wen定ding的de根gen源yuan是shi正zheng反fan饋kui
，窄zhai帶dai穩wen定ding思si路lu是shi遏e製zhi一yi部bu分fen正zheng反fan饋kui
，當dang然ran
，這zhe也ye同tong時shi抑yi製zhi了le貢gong獻xian。而er負fu反fan饋kui做zuo得de好hao，還hai有you產chan生sheng很hen多duo額e外wai的de令ling人ren欣xin喜xi的de優you點dian。比bi如ru
，負fu反fan饋kui可ke能neng會hui使shi晶jing體ti管guan免mian於yu匹pi配pei，既ji不bu需xu要yao匹pi配pei就jiu可ke以yi與yu外wai界jie很hen好hao的de接jie洽qia了le。另ling外wai
，負fu反fan饋kui的de引yin入ru會hui提ti升sheng晶jing體ti管guan的de線xian性xing性xing能neng。

 

射頻PA的效率提升技術

 

晶體管的效率都有一個理論上的極限。這個極限隨偏置點（靜態工作點）的選擇不同而不同。另外，外圍電路設計得不好，也會大大降低其效率。目前工程師們對於效率提升的辦法不多。這裏僅講兩種：包絡跟蹤技術與Doherty技術。

 

包絡跟蹤技術的實質是：將輸入分離為兩種：相(xiang)位(wei)和(he)包(bao)絡(luo)，再(zai)由(you)不(bu)同(tong)的(de)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)來(lai)分(fen)別(bie)放(fang)大(da)。這(zhe)樣(yang)

，兩(liang)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)之(zhi)間(jian)可(ke)以(yi)專(zhuan)注(zhu)的(de)負(fu)責(ze)其(qi)各(ge)自(zi)的(de)部(bu)分(fen)
，二(er)者(zhe)配(pei)合(he)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)利(li)用(yong)的(de)目(mu)標(biao)。

 

Doherty技術的實質是：采cai用yong兩liang隻zhi同tong類lei的de晶jing體ti管guan
，在zai小xiao輸shu入ru時shi僅jin一yi個ge工gong作zuo，且qie工gong作zuo在zai高gao效xiao狀zhuang態tai。如ru果guo輸shu入ru增zeng大da
，則ze兩liang個ge晶jing體ti管guan同tong時shi工gong作zuo。這zhe種zhong方fang法fa實shi現xian的de基ji礎chu是shi二er隻zhi晶jing體ti管guan要yao配pei合he默mo契qi。一yi種zhong晶jing體ti管guan的de工gong作zuo狀zhuang態tai會hui直zhi接jie的de決jue定ding了le另ling一yi支zhi的de工gong作zuo效xiao率lv。 

 

射頻PA麵臨的測試挑戰

 

功gong率lv放fang大da器qi是shi無wu線xian通tong信xin係xi統tong中zhong非fei常chang重zhong要yao的de組zu件jian，但dan他ta們men本ben身shen是shi非fei線xian性xing的de，因yin而er會hui導dao致zhi頻pin譜pu增zeng生sheng現xian象xiang而er幹gan擾rao到dao鄰lin近jin通tong道dao，而er且qie可ke能neng違wei反fan法fa令ling強qiang製zhi規gui定ding的de帶dai外wai（out-of-band）放射標準。這個特性甚至會造成帶內失真，使得通信係統的誤碼率（BER）增加、數據傳輸速率降低。

 

在峰值平均功率比（PAPR）下，新的OFDM傳輸格式會有更多偶發的峰值功率，使得PA不易被分割。這將降低頻譜屏蔽相符性，並擴大整個波形的EVM及增加BER。為了解決這個問題，設計工程師通常會刻意降低PA的操作功率。很可惜的，這是非常沒有效率的方法，因為PA降低10%的操作功率，會損失掉90%的DC功率。

 

現今大部分的RF PA皆支持多種模式、頻率範圍及調製模式，使得測試項目變得更多。數以千計的測試項目已不稀奇。波峰因子消減（CFR）、數字預失真（DPD）及包絡跟蹤（ET）等新技術的運用，有助於將PA效能及功率效率優化，但這些技術隻會使得測試更加複雜，而且大幅延長設計及測試時間。增加RF PA的帶寬，將導致DPD測量所需的帶寬增加5倍（可能超過1 GHz）
，造成測試複雜性進一步升高。

 

依趨勢來看
，為了增加效率，RF PA組件及前端模塊（FEM）將更緊密整合
，而單一FEM則將支持更廣泛的頻段及調製模式。將包絡跟蹤電源供應器或調製器整合入FEM，可有效地減少移動設備內部的整體空間需求。為了支持更大的操作頻率範圍而大量增加濾波器/雙工器插槽

，會使得移動設備的複雜度和測試項目的數量節節攀升。

 

半導體材料的變遷：

 

Ge(鍺)、Si(矽)→→→GaAs(砷化镓)
、InP(磷化銦)→→→SiC(碳化矽)、GaN(氮化镓)
、SiGe(鍺化矽)
、SOI(絕緣層上覆矽) →→→碳納米管(CNT) →→→石墨烯(Graphene)。

 

目前功率放大器的主流工藝依然是GaAs工藝。另外，GaAs HBT，砷化镓異質結雙極晶體管。其中HBT（heterojunction bipolar transistor，異質結雙極晶體管）是一種由砷化镓(GaAs)層和鋁镓砷(AlGaAs)層構成的雙極晶體管。

 

CMOS工藝雖然已經比較成熟，但Si CMOS功率放大器的應用並不廣泛。成本方麵，CMOS工藝的矽晶圓雖然比較便宜



，但CMOS功放版圖麵積比較大，再加上CMOS PA複雜的設計所投入的研發成本較高
，使得CMOS功放整體的成本優勢並不那麼明顯。性能方麵，CMOS功率放大器在線性度，輸出功率
，效率等方麵的性能較差，再加上CMOS工藝固有的缺點:膝點電壓較高、擊穿電壓較低、CMOS工藝基片襯底的電阻率較低。

 

碳納米管(CNT)由於具有物理尺寸小、電子遷移率高
，電流密度大和本征電容低等特點
，人們認為是納米電子器件的理想材料。

 

零禁帶半導體材料石墨烯
，因為具有很高的電子遷移速率、納米數量級的物理尺寸、優秀的電性能以及機械性能，必將成為下一代射頻芯片的熱門材料。

 

射頻PA的線性化技術 

 

shepingonglvfangdaqidefeixianxingshizhenhuishiqichanshengxindepinlvfenliang，ruduiyuerjieshizhenhuichanshengercixieboheshuangyinpaipin，duiyusanjieshizhenhuichanshengsancixieboheduoyinpaipin。zhexiexindepinlvfenliangruluozaitongdainei，jianghuiduifashedexinhaozaochengzhijieganrao，ruguoluozaitongdaiwaijianghuiganraoqitapindaodexinhao。weiciyaoduishepingonglvfangdaqidejinxingxianxinghuachuli
，zheyangkeyijiaohaodijiejuexinhaodepinpuzaishengwenti。

 

射頻功放基本線性化技術的原理與方法不外乎是以輸入RF信(xin)號(hao)包(bao)絡(luo)的(de)振(zhen)幅(fu)和(he)相(xiang)位(wei)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao)，與(yu)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)比(bi)較(jiao)，進(jin)而(er)產(chan)生(sheng)適(shi)當(dang)的(de)校(xiao)正(zheng)。目(mu)前(qian)己(ji)經(jing)提(ti)出(chu)並(bing)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)的(de)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)線(xian)性(xing)化(hua)技(ji)術(shu)包(bao)括(kuo)，功(gong)率(lv)回(hui)退(tui)，負(fu)反(fan)饋(kui)，前(qian)饋(kui)
，預(yu)失(shi)真(zhen)，包(bao)絡(luo)消(xiao)除(chu)與(yu)恢(hui)複(fu)(EER)，利用非線性元件進行線性放大(LINC) 。較jiao複fu雜za的de線xian性xing化hua技ji術shu，如ru前qian饋kui，預yu失shi真zhen
，包bao絡luo消xiao除chu與yu恢hui複fu
，使shi用yong非fei線xian性xing元yuan件jian進jin行xing線xian性xing放fang大da，它ta們men對dui放fang大da器qi線xian性xing度du的de改gai善shan效xiao果guo比bi較jiao好hao。而er實shi現xian比bi較jiao容rong易yi的de線xian性xing化hua技ji術shu，比bi如ru功gong率lv回hui退tui，負fu反fan饋kui

，這zhe幾ji個ge技ji術shu對dui線xian性xing度du的de改gai善shan就jiu比bi較jiao有you限xian。

 

 

2-1、功率回退

 

這是最常用的方法，即選用功率較大的管子作小功率管使用，實際上是以犧牲直流功耗來提高功放的線性度。

 

功率回退法就是把功率放大器的輸入功率從1dB壓縮點(fangdaqiyouyigexianxingdongtaifanwei，zaizhegefanweinei，fangdaqideshuchugonglvsuishurugonglvxianxingzengjia。suizheshurugonglvdejixuzengda
，fangdaqijianjianjinrubaohequ，gonglvzengyikaishixiajiang
，tongchangbazengyixiajiangdaobixianxingzengyidi1dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點，用P1dB表示。)向後回退6-10個分貝，工作在遠小於1dB壓縮點的電平上
，使功率放大器遠離飽和區
，進入線性工作區，從而改善功率放大器的三階交調係數。一般情況

，當基波功率降低1dB時，三階交調失真改善2dB。

 

功(gong)率(lv)回(hui)退(tui)法(fa)簡(jian)單(dan)且(qie)易(yi)實(shi)現(xian)，不(bu)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)任(ren)何(he)附(fu)加(jia)設(she)備(bei)，是(shi)改(gai)善(shan)放(fang)大(da)器(qi)線(xian)性(xing)度(du)行(xing)之(zhi)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)，缺(que)點(dian)是(shi)效(xiao)率(lv)大(da)為(wei)降(jiang)低(di)。另(ling)外(wai)，當(dang)功(gong)率(lv)回(hui)退(tui)到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)，當(dang)三(san)階(jie)交(jiao)調(tiao)製(zhi)達(da)到(dao)-50dBc以下時，繼續回退將不再改善放大器的線性度。因此，在線性度要求很高的場合
，完全靠功率回退是不夠的。

 

2-2、預失真

 

預失真就是在功率放大器前增加一個非線性電路用以補償功率放大器的非線性失真。

 

預(yu)失(shi)真(zhen)線(xian)性(xing)化(hua)技(ji)術(shu)，它(ta)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)不(bu)存(cun)在(zai)穩(wen)定(ding)性(xing)問(wen)題(ti)，有(you)更(geng)寬(kuan)的(de)信(xin)號(hao)頻(pin)帶(dai)，能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)含(han)多(duo)載(zai)波(bo)的(de)信(xin)號(hao)。預(yu)失(shi)真(zhen)技(ji)術(shu)成(cheng)本(ben)較(jiao)低(di)，由(you)幾(ji)個(ge)仔(zai)細(xi)選(xuan)取(qu)的(de)元(yuan)件(jian)封(feng)裝(zhuang)成(cheng)單(dan)一(yi)模(mo)塊(kuai)，連(lian)在(zai)信(xin)號(hao)源(yuan)與(yu)功(gong)放(fang)之(zhi)間(jian)
，就(jiu)構(gou)成(cheng)預(yu)失(shi)真(zhen)線(xian)性(xing)功(gong)放(fang)。手(shou)持(chi)移(yi)動(dong)台(tai)中(zhong)的(de)功(gong)放(fang)已(yi)采(cai)用(yong)了(le)預(yu)失(shi)真(zhen)技(ji)術(shu)，它(ta)僅(jin)用(yong)少(shao)量(liang)的(de)元(yuan)件(jian)就(jiu)降(jiang)低(di)了(le)互(hu)調(tiao)產(chan)物(wu)幾(ji)dB，但卻是很關鍵的幾dB。

 

預失真技術分為RF預失真和數字基帶預失真兩種基本類型。RF預失真一般采用模擬電路來實現，具有電路結構簡單、成本低、易於高頻
、寬帶應用等優點
，缺點是頻譜再生分量改善較少、高階頻譜分量抵消較困難。

 

shuzijidaiyushizhenyouyugongzuopinlvdi
，keyiyongshuzidianlushixian
，shiyingxingqiang
，erqiekeyitongguozengjiacaiyangpinlvhezengdalianghuajieshudebanfalaidixiaogaojiehutiaoshizhen
，shiyizhonghenyoufazhanqiantudefangfa。zhezhongyushizhenqiyouyigeshiliangzengyitiaojieqizucheng，genjuzhazhaobiao(LUT)的de內nei容rong來lai控kong製zhi輸shu入ru信xin號hao的de幅fu度du和he相xiang位wei
，預yu失shi真zhen的de大da小xiao由you查zha找zhao表biao的de輸shu入ru來lai控kong製zhi。矢shi量liang增zeng益yi調tiao節jie器qi一yi旦dan被bei優you化hua
，將jiang提ti供gong一yi個ge與yu功gong放fang相xiang反fan的de非fei線xian性xing特te性xing。理li想xiang情qing況kuang下xia，這zhe時shi輸shu出chu的de互hu調tiao產chan物wu應ying該gai與yu雙shuang音yin信xin號hao通tong過guo功gong放fang的de輸shu出chu幅fu度du相xiang等deng而er相xiang位wei相xiang反fan，即ji自zi適shi應ying調tiao節jie模mo塊kuai就jiu是shi要yao調tiao節jie查zha找zhao表biao的de輸shu入ru，從cong而er使shi輸shu入ru信xin號hao與yu功gong放fang輸shu出chu信xin號hao的de差cha別bie最zui小xiao。注zhu意yi到dao輸shu入ru信xin號hao的de包bao絡luo也ye是shi查zha找zhao表biao的de一yi個ge輸shu入ru
，反fan饋kui路lu徑jing來lai取qu樣yang功gong放fang的de失shi真zhen輸shu出chu，然ran後hou經jing過guoA/D變換送入自適應調節DSP中，進而來更新查找表。

 

2-3、前饋

 

前饋技術起源於"反饋"，應該說它並不是什麼新技術，早在二三十年代就由美國貝爾實驗室提出來的。除了校準(反饋)是加於輸出之外，概念上完全是"反饋"。 

 

前饋線性放大器通過耦合器、衰減器
、合成器、延時線、gongfenqidengzuchenglianggehuanlu。shepinxinhaoshuruhou，jinggongfenqifenchenglianglu。yilujinruzhugonglvfangdaqi，youyuqifeixianxingshizhen，shuchuduanchuleyouxuyaofangdadezhupinxinhaowai，haiyousanjiejiaotiaoganrao。congzhugongfangdeshuchuzhongouheyibufenxinhao，tongguohuanlu1抵消放大器的主載頻信號，使其隻剩下反相的三階交調分量。三階交調分量經輔助放大器放大後，通過環路2抵消主放大器非線性產生的交調分量
，從而了改善功放的線性度。

 

前qian饋kui技ji術shu既ji提ti供gong了le較jiao高gao校xiao準zhun精jing度du的de優you點dian

，又you沒mei有you不bu穩wen定ding和he帶dai寬kuan受shou限xian的de缺que點dian。當dang然ran，這zhe些xie優you點dian是shi用yong高gao成cheng本ben換huan來lai的de，由you於yu在zai輸shu出chu校xiao準zhun，功gong率lv電dian平ping較jiao大da，校xiao準zhun信xin號hao需xu放fang大da到dao較jiao高gao的de功gong率lv電dian平ping
，這zhe就jiu需xu要yao額e外wai的de輔fu助zhu放fang大da器qi
，而er且qie要yao求qiu這zhe個ge輔fu助zhu放fang大da器qi本ben身shen的de失shi真zhen特te性xing應ying處chu在zai前qian饋kui係xi統tong的de指zhi標biao之zhi上shang。

 

前饋功放的抵消要求是很高的
，需獲得幅度、相位和時延的匹配，如果出現功率變化、溫度變化及器件老化等均會造成抵消失靈。為此，在係統中考慮自適應抵消技術，使抵消能夠跟得上內外環境的變化。

 

射頻功率放大器產業鏈情況

 

一、5G智能移動終端，射頻PA的大機遇

 

1. 射頻器件皇冠上的明珠

 

射頻功率放大器（PA）作(zuo)為(wei)射(she)頻(pin)前(qian)端(duan)發(fa)射(she)通(tong)路(lu)的(de)主(zhu)要(yao)器(qi)件(jian)，主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)了(le)將(jiang)調(tiao)製(zhi)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)小(xiao)功(gong)率(lv)的(de)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)，獲(huo)得(de)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)射(she)頻(pin)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)
，才(cai)能(neng)饋(kui)送(song)到(dao)天(tian)線(xian)上(shang)輻(fu)射(she)出(chu)去(qu)，通(tong)常(chang)用(yong)於(yu)實(shi)現(xian)發(fa)射(she)通(tong)道(dao)的(de)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)。

 

手機射頻前端：一旦連上移動網絡，任何一台智能手機都能輕鬆刷朋友圈、看高清視頻、下載圖片、在線購物
，這完全是射頻前端進化的功勞，手機每一個網絡製式（2G/3G/4G/WiFi/GPS）
，都需要自己的射頻前端模塊，充當手機與外界通話的橋梁—手機功能越多，它的價值越大。

 

 

射頻前端模塊是移動終端通信係統的核心組件，對它的理解可以從兩方麵考慮：一是必要性，它是連接通信收發器（transceiver）和天線的必經之路
；二是重要性，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。

 

 

射頻前端芯片包括功率放大器（PA），天線開關（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer 和 Diplexer）和低噪聲放大器（LNA）等，在多模／多頻終端中發揮著核心作用。

 

射頻前端產業中最大的市場為濾波器
，將從 2017 年的 80 億美元增長到2023 年 225 億美元
，複合年增長率高達 19%。該增長主要來自於 BAW 濾波器的滲透率顯著增加
，典型應用如 5G NR 定義的超高頻段和 WiFi 分集天線共享。

 

 

功率放大器市場增長相對穩健，複合年增長率為 7%，將從 2017 年的 50億美元增長到 2023 年的 70 億美元。高端 LTE 功率放大器市場的增長，尤其是高頻和超高頻，將彌補 2G/3G 市場的萎縮。

 

 

2. 5G推動手機射頻 PA 量價齊升

 

射頻前端與智能終端一同進化
，4G 時代，智能手機一般采取 1 發射 2 接收架構。由於 5G 新增了頻段（n41 2.6GHz，n77 3.5GHz 和 n79 4.8GHz），因此 5G 手機的射頻前端將有新的變化，同時考慮到 5G 手機將繼續兼容4G、3G 、2G 標準，因此 5G 手機射頻前端將異常複雜。

 

預測 5G 時代，智能手機將采用 2 發射 4 接收方案。

 

 

無論是在基站端還是設備終端

，5G 給供應商帶來的挑戰都首先體現在射頻方麵，因為這是設備“上”網的關鍵出入口
，即將到來的 5G 手機將會麵臨多方麵的挑戰：

 

更多頻段的支持：因為從大家熟悉的 b41 變成 n41、n77 和 n78，這就需要對更多頻段的支持；

 

不同的調製方向：因為 5G 專注於高速連接，所以在調製方麵會有新的變化，對功耗方麵也有更多的要求。比如在 4G 時代，大家比較關注 ACPR。但到了 5G 時代，則更需要專注於 EVM（一般小於 1.5%）；

 

信號路由的選擇：選擇 4G anchor+5G 數據連接，還是直接走 5G，這會帶來不同的挑戰。

 

開關速度的變化：這方麵雖然沒有太多的變化，但 SRS 也會帶來新的挑戰。

 

其他如 n77/n78/n79 等新頻段的引入
，也會對射頻前端形態產生影響，推動前端模組改變
，滿足新頻段和新調諧方式等的要求。

 

 

5G 手機功率放大器（PA）用量翻倍增長：PA 是一部手機最關鍵的器件之一，它直接決定了手機無線通信的距離
、信號質量，甚至待機時間，是整個射頻係統中除基帶外最重要的部分。手機裏麵 PA 的數量隨著 2G、3G、4G
、5G 逐漸增加。以 PA 模組為例，4G 多模多頻手機所需的 PA 芯片為5-7 顆
，預測 5G 手機內的 PA 芯片將達到 16 顆之多。

 

 

5G 手機功率放大器（PA）單機價值量有望達到 7.5 美元：同時
，PA 的單價也有顯著提高
，2G 手機用 PA 平均單價為 0.3 美金

，3G 手機用 PA 上升到 1.25 美金，而全模 4G 手機 PA 的消耗則高達 3.25 美金
，預計 5G 手機PA 價值量達到 7.5 美元以上。

 

 

3. GaAs 射頻器件仍將主導手機市場

 

5G 時代，GaAs 材料適用於移動終端。GaAs 材料的電子遷移率是 Si 的 6倍，具有直接帶隙，故其器件相對 Si 器件具有高頻、高速的性能
，被公認為是很合適的通信用半導體材料。在手機無線通信應用中，目前射頻功率放大器絕大部分采用 GaAs 材料。在 GSM 通信中，國內的銳迪科和漢天下等芯片設計企業曾憑借 RF CMOS 製程的高集成度和低成本的優勢，打破了采用國際龍頭廠商采用傳統的 GaAs 製程完全主導射頻功放的格局。

 

但是到了 4G 時代，由於 Si 材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等缺點，RF CMOS 已經不能滿足要求
，手機射頻功放重新回到 GaAs 製程完全主導的時代。與射頻功放器件依賴於 GaAs 材料不同，90%的射頻開關已經從傳統的 GaAs 工藝轉向了 SOI（Silicon on insulator）工藝，射頻收發機大多數也已采用 RF CMOS 製程
，從而滿足不斷提高的集成度需求。

 

 

5G 時代，GaN 材料適用於基站端。在宏基站應用中，GaN 材料憑借高頻、高輸出功率的優勢，正在逐漸取代 Si LDMOS
；在微基站中，未來一段時間內仍然以 GaAs PA 件為主
，因其目前具備經市場驗證的可靠性和高性價比的優勢，但隨著器件成本的降低和技術的提高，GaN PA 有望在微基站應用在分得一杯羹
；在移動終端中
，因高成本和高供電電壓
，GaN PA 短期內也無法撼動 GaAs PA 的統治地位。

 

二

、5G基站，PA數倍增長

，GaN 大有可為

 

1. 5G基站
，射頻 PA 需求大幅增長

 

5G 基站 PA數量有望增長16倍。4G 基站采用 4T4R 方案，按照三個扇區
，對應的 PA 需求量為 12 個，5G 基站，預計 64T64R 將成為主流方案，對應的 PA 需求量高達 192 個
，PA 數量將大幅增長。

 

5G 基站射頻 PA 有望量價齊升。目前基站用功率放大器主要為基於矽的橫向擴散金屬氧化物半導體 LDMOS 技術，不過 LDMOS 技術僅適用於低頻段
，在高頻應用領域存在局限性。對於 5G 基站 PA 的一些要求可能包括3~6GHz 和 24GHz~40GHz 的運行頻率，RF 功率在 0.2W~30W 之間，5G 基站 GaN 射頻 PA 將逐漸成為主導技術，而 GaN 價格高於LDMOS 和 GaAs。

 

GaN 具有優異的高功率密度和高頻特性。提高功率放大器 RF 功gong率lv的de最zui簡jian單dan的de方fang式shi就jiu是shi增zeng加jia電dian壓ya，這zhe讓rang氮dan化hua镓jia晶jing體ti管guan技ji術shu極ji具ju吸xi引yin力li。如ru果guo我wo們men對dui比bi不bu同tong半ban導dao體ti工gong藝yi技ji術shu，就jiu會hui發fa現xian功gong率lv通tong常chang會hui如ru何he隨sui著zhe高gao工gong作zuo電dian壓ya IC 技術而提高。

 

 

 

典型的 GaN 射頻器件的加工工藝，主要包括如下環節：外延生長-器件隔離-歐姆接觸（製作源極、漏極）-氮化物鈍化-柵極製作-場板製作-襯底減薄-襯底通孔等環節。

 

 

GaN射頻器件的加工工藝

 

2. GaN射頻 PA 有望成為 5G基站主流技術

 

預測未來大部分 6GHz 以下宏網絡單元應用都將采用 GaN 器件，小基站 GaAs 優勢更明顯。就電信市場而言

，得益於 5G 網絡應用的日益臨近，將從 2019 年開始為 GaN 器件帶來巨大的市場機遇。相比現有的矽 LDMOS（橫向雙擴散金屬氧化物半導體技術）和 GaAs（砷化镓）解決方案，GaN 器件能夠提供下一代高頻電信網絡所需要的功率和效能。而且，GaN 的寬帶性能也是實現多頻帶載波聚合等重要新技術的關鍵因素之一。GaN HEMT（高電子遷移率場效晶體管）已經成為未來宏基站功率放大器的候選技術。

 

由於 LDMOS 無法再支持更高的頻率
，GaAs 也不再是高功率應用的最優方案，預計未來大部分6GHz 以下宏網絡單元應用都將采用 GaN 器件。5G 網絡采用的頻段更高，穿透力與覆蓋範圍將比 4G 更差

，因此小基站（small cell）將在 5G 網絡建設中扮演很重要的角色。不過，由於小基站不需要如此高的功率，GaAs 等(deng)現(xian)有(you)技(ji)術(shu)仍(reng)有(you)其(qi)優(you)勢(shi)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，由(you)於(yu)更(geng)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)降(jiang)低(di)了(le)每(mei)個(ge)基(ji)站(zhan)的(de)覆(fu)蓋(gai)率(lv)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)應(ying)用(yong)更(geng)多(duo)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)，預(yu)計(ji)市(shi)場(chang)出(chu)貨(huo)量(liang)增(zeng)長(chang)速(su)度(du)將(jiang)加(jia)快(kuai)。

 

2015-2025年基站主要趨勢

 

3. 全球 GaN射頻器件產業鏈競爭格局

 

GaN 微wei波bo射she頻pin器qi件jian產chan品pin推tui出chu速su度du明ming顯xian加jia快kuai。目mu前qian微wei波bo射she頻pin領ling域yu雖sui然ran備bei受shou關guan注zhu，但dan是shi由you於yu技ji術shu水shui平ping較jiao高gao，專zhuan利li壁bi壘lei過guo大da，因yin此ci這zhe個ge領ling域yu的de公gong司si相xiang比bi較jiao電dian力li電dian子zi領ling域yu和he光guang電dian子zi領ling域yu並bing不bu算suan很hen多duo，但dan多duo數shu都dou具ju有you較jiao強qiang的de科ke研yan實shi力li和he市shi場chang運yun作zuo能neng力li。GaN 微波射頻器件的商業化供應發展迅速。據材料深一度對 Mouser 數據統計分析顯示
，截至 2018 年 4 月
，共有 4 家廠商推出了150 個品類的 GaN HEMT， 占整個射頻晶體管供應品類的 9.9%，較 1 月增長了 0.6%。

 

Qorvo 產品工作頻率範圍最大
，Skyworks 產品工作頻率較小。Qorvo
、CREE
、MACOM 73%的產品輸出功率集中在 10W～100W 之間
，最大功率達到 1500W（工作頻率在 1.0-1.1GHz

， 由 Qorvo 生產）
，采用的技術主要是 GaN/SiC GaN 路線。此外
，部分企業提供 GaN 射頻模組產品，目前有 4家企業對外提供 GaN 射頻放大器的銷售，其中 Qorvo 產品工作頻率範圍最大，最大工作頻率可達到 31GHz。Skyworks 產品工作頻率較小
，主要集中在 0.05-1.218GHz 之間。

 

Qorvo 射頻放大器的產品類別最多。在我國工信部公布的 2 個 5G 工作頻段（3.3-3.6GHz、4.8-5GHz

，）內，Qorvo 公司推出的射頻放大器的產品類別最多，最高功率分別高達 100W 和 80W（1 月份 Qorvo 在 4.8-5GHz 的產品最高功率為 60W），ADI 在 4.8-5GHz 的產品最高功率提高到 50W（之前產品的最高功率不到 40W）， 其他產品的功率大部分在 50W 以下。

 

國外GaN射頻器件產業鏈重點企業

 

最後，報告列舉了一些射頻功率放大器產業鏈的重點受益公司。

 

基站射頻 PA：Qorvo
、CREE、穩懋、旋極信息（擬收購安譜隆）、三安光電、海特高新（海威華芯）；

 

移動終端及 IOT 射頻 PA：Skyworks、Qorvo、高通、台灣穩懋
、三安光電、環旭電子、卓勝微電子、信維通信。