傳統(tǒng)射頻放大器使用分立晶體管有源器件，主要原因是器件價(jià)格低廉。而隨著運(yùn)放性能的提高和批量應(yīng)用的推動(dòng)，射頻放大器采用運(yùn)放已成大勢(shì)所趨。相對(duì)于分立晶體管，高速運(yùn)放確實(shí)有其長(zhǎng)處：首先，前者構(gòu)成的放大器，其增益和帶寬與晶體管的偏流和工作點(diǎn)關(guān)系很大，調(diào)整起來(lái)相對(duì)困難；而運(yùn)放的增益是不受偏置影響的。其次，運(yùn)放還能減少工作溫度范圍內(nèi)的參數(shù)漂移，使工作更可靠和穩(wěn)定。

　　運(yùn)放是運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”，此名稱一直延續(xù)至今。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運(yùn)放是以單片的形式存在?，F(xiàn)今運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。

　　射頻功率放大器（RF PA）是各種無(wú)線發(fā)射機(jī)的重要組成部分。在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號(hào)功率很小，需要經(jīng)過(guò)一系列的放大一緩沖級(jí)、中間放大級(jí)、末級(jí)功率放大級(jí)，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。

　　射頻功率放大器的工作頻率很高，但相對(duì)頻帶較窄，射頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。射頻功率放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，分為甲（A）、乙（B）、丙（C）三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的導(dǎo)通角為360°，適用于小信號(hào)低功率放大，乙類放大器電流的導(dǎo)通角等于180°，丙類放大器電流的導(dǎo)通角則小于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作狀態(tài)，丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中的。射頻功率放大器大多工作于丙類，但丙類放大器的電流波形失真太大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然接近于正弦波形，失真很小。

　　運(yùn)放可分為電壓反饋式（VFB）和電流反饋式（CFB）兩種。在實(shí)際應(yīng)用中，大量使用的是VFB運(yùn)放，但在射頻放大器應(yīng)用中，CFB運(yùn)放具有更出色的性能。VFB運(yùn)放的增益一帶寬積是恒定的，增益受到帶寬的限制；CFB運(yùn)放在接近頻率處仍有較高的增益。例如，VFB運(yùn)放THS4001開(kāi)環(huán)帶寬（-3dB）為270MHz，增益為100（20dB）時(shí)可用帶寬僅為10MHz；而CFB運(yùn)放THS3001開(kāi)環(huán)帶寬（-3dB）為420MHz，增益100時(shí)可用帶寬可達(dá)150MHz。

　　當(dāng)然，射頻設(shè)計(jì)者還要了解CFB運(yùn)放的一些特點(diǎn)：

　　·放大器用運(yùn)放的內(nèi)部構(gòu)造有所不同，但構(gòu)成放大器的基本拓?fù)錄](méi)有改變。

　　·CFB運(yùn)放數(shù)據(jù)表推薦的反饋電阻RF值應(yīng)嚴(yán)格遵守，增益應(yīng)用RG來(lái)調(diào)整。

　　·反饋環(huán)中不能有電容存在。

　　放大器的基本拓?fù)浜蛥?shù)

　　CFB運(yùn)放射頻放大器的基本拓?fù)淙允欠答伔糯笃鹘Y(jié)構(gòu)，有同相放大器和反相放大器兩種形式。另一方面，對(duì)射頻電路而言，要特別關(guān)注輸入端與輸出端的阻抗匹配問(wèn)題，系統(tǒng)常用50Ω電纜連接，由于運(yùn)放的輸入阻抗高，因而輸入端并接一個(gè)50Ω電阻；在輸出端，運(yùn)放輸出阻抗低，故而串接了一個(gè)50Ω電阻。這樣，同相放大器就如圖1所示。

　　射頻電路性能通常用4個(gè)散射（S）參數(shù)來(lái)表征。術(shù)語(yǔ)“散射”隱含著損耗的意思。反射，即散射參數(shù)S11與S12會(huì)減少有用的信號(hào)，反向傳輸S12從負(fù)載處返回輸出功率，只有正傳輸S21是有用的散射參數(shù)。設(shè)計(jì)射頻電路就是要減少S11、S22與S12而提高S21。射頻放大器小信號(hào)交流參數(shù)可從S參數(shù)推得，兩者的關(guān)系見(jiàn)表1，這些指標(biāo)是頻率依賴的。

　　輸入與輸出電壓駐波比（VSWR）是個(gè)比值，因而是一個(gè)無(wú)單位量，它是輸入、輸出阻抗與源阻抗、負(fù)載阻抗匹配的度量，為了避免反射應(yīng)盡可能地匹配。VSWR定義為：

　　VSWR翻譯為電壓駐波比（Voltage Standing Wave Ratio），一般簡(jiǎn)稱駐波比。 電磁波從甲介質(zhì)傳導(dǎo)到乙介質(zhì)，會(huì)由于介質(zhì)不同，電磁波的能量會(huì)有一部分被反射，從而在甲區(qū)域形成“行駐波”。 電壓駐波比，指的就是行駐波的電壓峰值與電壓谷值之比，此值可以通過(guò)反射系數(shù)的模值計(jì)算： VSWR=（1+反射系數(shù)模值）/（1-反射系數(shù)模值）。 而入射波能量與反射波能量的比值為 1：（反射系數(shù)模的平方） 由上可知，駐波比越大，反射功率越高，傳輸效率越低。

　　VSWR=Z（I/O）/ZS或ZS/Z（I/O）

　　理想的VSWR等于1：1，然而典型的VSWR在工作頻率范圍內(nèi)不會(huì)好于1.5：1。運(yùn)放的輸入、輸出阻抗是設(shè)計(jì)者選擇的外部元件確定的，因此運(yùn)放的數(shù)據(jù)表并未對(duì)VSWR作出規(guī)定。回波損耗—該值與VSWR的關(guān)系為：

　　回波損耗 =20log（VSWR+1）/（VSWR-1）

　　=10log（s11）2（輸入）

　　=10log（S22）2（輸出）

　　由于輸出阻抗在射頻處不是與ZL完全匹配的，它隨環(huán)增益減少而逐漸增大，因而RO并聯(lián)了一個(gè)電容進(jìn)行補(bǔ)償。

　　正向傳輸S21是由輸入電阻RG和反饋電阻RF確定的，對(duì)同相型運(yùn)放S21表示為：

　　S21=AL=1/2（1+RF/RG）

　　注意，輸出端增加了一個(gè)串聯(lián)電阻，電壓分壓使增益降低了一半。對(duì)射頻放大，常用功率增益來(lái)表示：

　　PO（dBm）=10log（功率/0.001W）

　　dBm=dBV+13（50Ω終端電阻）

　　反向傳輸S12表示輸入與輸出的隔離度，CFB射頻運(yùn)放的隔離度相當(dāng)不錯(cuò)，尤其是同相型放大器，它的反饋連接在反相端，使隔離更佳。

　　相位線性度—設(shè)計(jì)者常常關(guān)心RF電路的相位響應(yīng)，CFB放大器的相位線性度比VFB型放大器好，如：

　　VFB THS4001的差分相移為0.15°

　　CFB THS3001的差分相移為0.02°

　　頻率響應(yīng)平坦度——CFB放大器可通過(guò)微調(diào)電阻（見(jiàn)圖1倒相端串聯(lián)的電阻）來(lái)調(diào)整頻響的平坦度而不會(huì)影響正向增益。再加上微調(diào)電阻后，RF和RG值要相應(yīng)地減少，但它們的比值保持不變，因而增益也保持不變。

　　-1dB壓縮點(diǎn)—-1dB壓縮點(diǎn)定義為：在固定頻率下，放大器實(shí)際功率比預(yù)期值少1dB，換句話說(shuō)，放大器增益比低功率下降低了1dB。-1dB壓縮點(diǎn)是射頻設(shè)計(jì)者對(duì)電壓軌值的一種表述。射頻設(shè)計(jì)者更關(guān)注增益的化，輕微的嵌位是允許的，只要產(chǎn)生的諧波在相關(guān)法規(guī)的范圍內(nèi)，于是確定了-1dB壓縮點(diǎn)。

　　標(biāo)準(zhǔn)交流耦合RF放大器在工作頻率范圍內(nèi)顯示出相對(duì)恒定的-1dB壓縮點(diǎn)。在低頻下，增加固定頻率的功率終會(huì)將輸出驅(qū)動(dòng)至軌值，即VOM指標(biāo)；在高頻下，運(yùn)放會(huì)受到轉(zhuǎn)換速率的限制，由于輸出使用了匹配電阻，轉(zhuǎn)換速率也降低了一半。

　　雙頻三次諧波互調(diào)制截距——在RF帶寬內(nèi)，當(dāng)兩個(gè)空間相近的信號(hào)被放大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生和頻與差頻，這些信號(hào)是互調(diào)制諧波，主要問(wèn)題是這些諧波幅度的增長(zhǎng)是基頻的3倍。理論上，一個(gè)系統(tǒng)初始基頻信號(hào)在0dBm水平，互調(diào)制諧波在-60dBm，當(dāng)基頻幅度增加時(shí)，諧波以3倍于基頻的速度增長(zhǎng)，終在+30dBm處相交。典型的RF電路不會(huì)調(diào)整至+30dBm，因而3次互調(diào)制截距是理論上的，互調(diào)制截距越大越好。

　　噪聲值—當(dāng)運(yùn)放作為有源器件時(shí)，RF噪聲值與運(yùn)放噪聲是一回事。運(yùn)放RF電路的噪聲與增益和帶寬有關(guān)。噪聲譜密度如圖2所示。此外，帶寬越窄，噪聲越低，見(jiàn)表2。

　　結(jié)語(yǔ)

　　如果價(jià)格可以接受的話，運(yùn)放，特別是CFB運(yùn)放非常適合射頻設(shè)計(jì)。運(yùn)放高頻放大器的偏置與增益和終端無(wú)關(guān)，調(diào)整方便，工作穩(wěn)定、可靠。此外，運(yùn)放射頻放大器有良好的散射參數(shù)，由于終端效應(yīng)和匹配可獨(dú)立控制，因而輸入和輸出VSWR較??；運(yùn)放由成百個(gè)晶體管組成，隔離效果很好；CFB運(yùn)放的正向增益不受增益/帶寬積限制，有較高的增益。運(yùn)放射頻放大器的增益平坦度、-1dB壓縮點(diǎn)、互調(diào)制截距和噪聲都要比分立晶體管放大器略勝一籌。