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单边带发射机可达70％的效率等。在线性高效率功放方面，己经有了多种技术，除了前文提到的反馈、前馈、预失真、EER和LINC/CALLUM之外，还有动态电源偏置等。Dvid K.Su和Wiiliam J.McFarland采用EER技术实现了高效率线性放大器的集成电路，该IC模块包含了限幅器、包络检测器和△调制开关电源等部分。采用该模块设计的835MHz线性功率放大器能将最大线性输出功率从26.5dBm提高到29.5dBm，效率由36％提高到49％。其中，△调制开关电源的技术指标为：THD=55dBc；效率η= 80%，信号带宽为100kHz。
总的来说，无论是在国际上还是在国内，无论是高校和研究院所组成的学术界还是拥有许多大型跨国公司实力雄厚的信息产业界，都非常重视射频和微波功率放大器的线性化和高效率这两个关键性的问题。但是，绝大多数的研究都只公布了研究的成果，而没有详细说明研究的背景、条件、实验数据、采用的方法和细节的处理，更不用说公布对电路结构和实验数据的具体分析了。因而，对射频功率放大器如何实现更高的线性化程度和如何实现更高的效率这两个问题还有许多研究工作要做。只有不断的进行新的研究和探索，才能推动无线通信系统和信息产业更好更快地发。
2.4 射频功率放大器的参数
在移动通信发射系统中，射频末级功率放大器输出功率的范围比较大，从毫瓦级（便携式移动通信设备移动手持机）到数千瓦级（发射广播电台）不等。为了有效地表示功率电平的大小，一般采用dB来作为功率的单位。它的定义是信号功率与参考功率比值，再取其对数值乘以系数10，即
dB=20lg(u2/u1)=10lg(P2/P1) (2-1)
式(2-1)中，P1、P2、u2、u1是进行比较的功率量和电压量。dB表示两个功率的比值。在实际中，一般采用dBm和dBW表示功率的绝对单位。对于任意大小的功率，其值取对数再乘以系数10 ，即
dBm=10lg(PmW) (2-2)
dBW=10lg(Pw) (2-3)
一般情况下，为了要实现大功率的输出，都是用比较高的激励功率电平来驱动末级功率放大器。所以，在大功率的发射系统中，设计者常常采用两级或者三级甚至更多级的级联放大器构成射频功率放大器，而且往往不同级之间的功率放大器工作在不同的放大状态。
根据对功率放大器工作频率、输出功率、信号带宽、用途功能等的不同要求，设计者
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也会相应地采用晶体管、FET、射频功率集成电路或电子管作为射频功率放大器的核心部件。从射频大功率的角度来看，目前无论是要求实现比较大的输出功率还是要求比较高的工作频率，电子管在性能上都比较有优势。
在功率放大器的设计中，还有一个指标就是相对功率输出能力（Normalized Output Power Capability),它是放大器输出功率与最大瞬态工作电流和最大工作电压的乘积之比。
2.4.1 效率
由于要输出比较大的功率,所以为功率放大器提供能量的直流电源的功率也要比较大，这就引发了效率的问题。效率是射频功率放大器设计和研制中极为重要的指标，特别是对于移动通信设备。在功放电路中，通常采用集电极效率ηAdded Efficiency）两种方式来描述功率放大器的效率。
(1)集电极效率
c
和功率增加效率PAE (Power
所谓集电极效率，就是指功率管集电极上输出的有用功率Pout和电源供给的直流功 率Pdc的比值，用ηc来表示，即
ηc= Pout /Pdc*100%=Pout/(Pout+Pc) *100% (2-4) 在式(2-4)中，Pc为集电极上的管耗。效率ηc越高，意味着在输出功率Pout不变的情况下，要求直流电源供给的功率Pdc越小。如此一来，选用Pc小的晶体管的话，也可以适当降低设备的成本。
(2)功率附加效率
功率附加效率定义为器件的输出功率Pout与输入功率Pin的差与电源供给功率Pdc之比，即
ηPAE =PAE=(Pout-Pin)/ Pdc =(1-1/Ap) *ηc （2-5） 功率附加效率PAE的定义中包含了功率增益的因素，当功率增益比较大的时候，输出功率的量级远高于输入功率，即Pout>>Pin时,有ηc≈PAE。
(3)总效率
ηc=Pout/(Pdc+Pin) *100% (2-6) 从式(2-4)、(2-5)、(2-6)可以得出，对于同一个功率放大器，从数值上来说，集电极效率最高，总效率次之，功率附加效率PAE最低。
如何提高功率放大器的效率和功率，是本文研究射频功率放大器的核心。
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2.4.2 线性度
衡量射频功率放大器线性化程度的指标有三阶互调截点(IP3）、ldB 压缩点、谐波、邻道功率比（ACPR）等。邻道功率比是用来衡量由放大器的非线性引起的频谱再生对邻近信道的干扰程度。
由于非线性放大器的效率远远高于线性放大器，所以射频功率放大器一般都采用非线性放大器来放大输入信号的功率。一般在工作中，功率放大电路处于大信号状态，晶体管工作在非线性区域，会出现较多的非线性失真。从频谱的角度看，由于非线性的作用，输出信号中会产生新的频率分量，如三阶交调分量、五阶交调分量等，它会对有用信号进行干扰并使被放大的信号频谱发生变化，展宽其频带。在功率放大电路中的失真主要是交调失真，所以交调失真是衡量功率放大器电路线性度的一个非常重要的指标。下面以三阶为例对交调分量进行具体分析。
当两个或两个以上的单频率信号同时输入时，在输出端会产生出在原始频率以外的频率点的信号，这些新的频率点的信号是非线性电路交调失真的产物。例如，如果输入信号是两个频率分别为?1和?2幅度相同的单频信号，则有
μi(t)=cos(2π?1t)+coscos(2π?2t) (2-7)
功率放大器电路的幅度响应用幂函数逼近表示为
μ0(t)=Aμi(t)+Bμ2i(t)+Cμ3i(t)+? (2-8) 其中A、B、C都是常数。如果只取到前二次方项，忽略三次及三次以上的电压分量，则输出电压为
μ0(t)=Acos(2π?1t)+ Acos(2π?2t)+ Bcos2(2π?1t)+ Bcos2(2π?2t)
+ 2Bcos2(2π?1t) cos(2π?2t) (2-9) 将(2-9)式展开以后，可以观察到输出电压μ0(t)中除了直流分量以外，还包含有?1、?2、2?1、2?2、?1+?2这些频率成分的信号分量。如果上式取到三次方项，除二次方展开输出电压μ0(t)得到的频率成分以外，还将得到包含有3?1、3?2、2?1+?2、?1+2?2的频率成分的信号分量。这些频率成分可以分类为：由μ2项引起的二次谐波分量2?1和2?2，由μ3项引起的三次谐波分量3?1和3?2，由μ2项引起的二阶互调分量?1+?2，以及由μ3项引起的三阶互调分量2?1+?2和?1+2?2。在上述所有的频率分量中，其他频率分量都很容易被滤波器滤除，唯独三阶交调分量2?1-?2和2?2-?1的频率离输入信号?1和?2的频率最近，在频谱上是落在放大电路的有效带宽内的，无法用滤波器滤除掉。因此，三节交调分量是造成射频功
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率放大电路的一项主要的失真原因，是衡量功率放大电路性能的一项重要指标。
从时域的角度来分析，由于非线性放大器的增益与信号幅度有关，所以对于幅度非恒定的己调波来说，通过非线性功率放大器之后，还带来了波形失真。与此同时，信号的频谱也发生了变化，产生了频谱再生现象。对于许多存在寄生参数如分布电感和分布电容的非线性放大器，还存在使幅度变化转变为相位变化的影响，也会产生相位失真。
非线性放大器对发射信号的影响与其调制方式有关。采用不同类型的调制方式，会得到不同的时域波形，如用于欧洲移动通信的GSM制式，该制式采用了高斯滤波的最小偏移键控（GMSK )，是一种相位平滑变化的恒定包络的调制方式，对于恒包络信号来说是可以用非线性放大器来放大的，因为不会存在包络失真的问题，也不会因为频谱再生而对邻道造成干扰。但对于北美的数字蜂窝（NADC) 标准，采用的是π/4偏移差分正交移项键控(π/4-DQPSK)调制方式，己调波为非恒定包络，对于这种信号必须采用用线性放大器来放大，以防止出现波形失真和频谱再生的问题。
2.4.3 杂散与输出噪声
射频功率放大器的设计中，在满足了以上主要指标的前提下，设计者也要考虑对杂散输出和噪声的抑制，尽量设计出低杂散低噪声的放大器。对于通过天线双工器共用一副天线的接收机和发射机而言，如果接收机和发射机采用不同的工作频带的话，一旦发射机中的功率放大器产生的频带外的杂散输出或噪声恰好位于接收机的频带范围之内，就会被藕合到接收机前端的低噪声放大器输入端，从而对接收机造成干扰，或者也会对其他相邻的信道形成干扰。因此必须对功率放大器的带外寄生输出加以控制，抑制其主要影响，并且要求发射机的热噪声的功率谱密度在相应的接收频带处要小-130dBm/Hz，这样对接收机的影响才基本上可以忽略。
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3 射频功率放大器的分类与电路结构
一般来说，一个单级功率放大器的结构如图3.1所示，包括信号源、输入匹配电路、功放管、输出匹配电路、负载五个部分。信号从源端经过输入匹配网络被输送到功放管，进行功率放大，再经过输出匹配网络，被传送到负载上，在移动通信系统中，负载一般都是天线。下面对不同种类的功率放大器进行详细地介绍。
图3.1单级功率放大器的结构
射频功率放大器，就是工作在射频频段具有功率放大功能的器件，因此频率比较高。射频的范围一般是300KHz～30GHz。按照工作的频带来分，可以分为窄带射频功率放大器和宽带射频功率放大器。窄带射频功率放大器的频带相对较窄，一般都采用选频网络作为负载回路，例如LC谐振回路。宽带射频功率放大器的频带相对较宽，一般不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作为负载，这样它可以适应很宽的工作频率范围，在不同的工作频率之间切换，而不必重新调谐。
按照配网络的性质来分，可将功率放大器分为非谐振功率放大器和谐振功率放大器两大类。非谐振功率放大器的匹配网络是非谐振系统，例如高频变压器、传输线变压器等，它的负载性质呈现纯电阻性质。而谐振功率放大器的匹配网络是谐振系统，它的负载性质呈现电阻性质。
功率放大器按照其电流导通角θ的不同，可分为A（甲）类、B（乙）类、AB（甲乙）类、C（丙）类。A类功率放大器电流的导通角θ= 180?，适用于小信号的低功率放大。B类功率放大器电流的导通角θ=90? ; AB类功率放大器介于A 类与B类之间，其导通角90?<θ< 180?；C类功率放大器的电流导通角θ< 90?。B类和C类功率放大器都适用于大功率工作状态。其中C类工作状态的输出功率和效率是这几种工作状态中最高的，在导通角θ=70?时，效率能达到90%。因此有些射频功率放大器采用C类功率放大器来实现，但C类功率放大器的电流波形失真太大，需要LC回路选频后，得到不失真的输出。
在射频功率放大器中还有一类高效率的开关类功率放大器，即D（丁）类和E（戊）
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