三、PA非線性的表現(xiàn)形式

功率放大器非線性失真特性主要有兩種:

1.一種為非線性的增益特性,即輸出信號與輸入信號的功率之間不是線性關(guān)系,對應(yīng)于單頻信號的輸入,將會產(chǎn)生諧波失真;而對于雙頻信號的輸入,除諧波外,還會產(chǎn)生交調(diào)分量,引起交調(diào)失真。

2.另一種為非線性的相移特性,即輸入輸出的相位差隨功率不同而改變,結(jié)果會產(chǎn)生調(diào)幅/ 調(diào)相( A M / P M ) 效應(yīng)。

四、PA非線性產(chǎn)生的原因

功率放大器不是純線性器件,分析非線性電路常用的方法有:冪級數(shù)法和Volterra級數(shù)法,現(xiàn)在用冪級數(shù)法來說明非線性元件在不同激勵所產(chǎn)生的結(jié)果。

交調(diào)項(xiàng)對信號的影響很普遍同時(shí)也很嚴(yán)重，不能用調(diào)諧失真來描述，故用另一個(gè)指標(biāo)-交調(diào)點(diǎn)來表征系統(tǒng)的線性特性。

五、PA的主要參數(shù)

增益(Gain):在工作范圍內(nèi),功率放大器輸出信號與輸入信號功率的(對數(shù))差值.

注意我們規(guī)格書里面關(guān)于增益的描述為small singal gain(小信號增益)，這里為什么是小信號呢？因?yàn)榻^對按照功率放大器來放大輸入功率的放大器是理想器件，實(shí)際是不存在的。一個(gè)真實(shí)的放大器具有不同的飽和區(qū)，從而導(dǎo)致在一個(gè)區(qū)段內(nèi)增益不同。另外不同的輸出功率，增益也會有所不同。

一般來說，PA的增益越大，PA最終的輸出功率就越大，所以我們實(shí)際選擇器件時(shí)可以結(jié)合增益與輸出功率來做恰當(dāng)?shù)倪x擇。

5.2、效率（Efficiency）

功率放大器是將電源的直流功率轉(zhuǎn)化為交流信號功率輸出，只有一部分直流功率被轉(zhuǎn)化成為有用的信號功率并為負(fù)載所獲得，另一部分被放大器本身以及電路的寄生元件所消耗，功放把直流電源提供的能量轉(zhuǎn)化為射頻能量的能力由功放的效率體現(xiàn)，所以功率放大器的的直流轉(zhuǎn)交流效率對于功率放大器來說是一個(gè)重要指標(biāo)，一般來說判斷功率放大器效率有兩種標(biāo)準(zhǔn)，一是漏極效率（η），二是功率附加效率（PAE）。

Pin代表射頻輸入功率，PDC 代表消耗的直流功率。

一般規(guī)格書中沒有直接列出PA的效率這個(gè)參數(shù)，需要我們直接計(jì)算，可以參考上面的公式，舉一個(gè)例子，就以上面規(guī)格書的數(shù)據(jù)來計(jì)算:輸出功率27dbm（500mw）時(shí)，電流為600mA,工作電壓為5V。

則效率η=0.5W/0.6A*5V*100%=16.7%   --這個(gè)效率是不是很低??？

5.3、1dB功率壓縮點(diǎn)（P1dB）

P1dB定義：增益下降到比線性增益小1dB時(shí)的輸出功率值?？梢员硎緸椋篜1dB-Pin=Gout-1

怎么來理解呢？--放大器有一個(gè)線性動態(tài)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，輸出功率隨著輸入功率的增加而線性增加。但是隨著輸入功率的繼續(xù)增大，放大器進(jìn)入非線性區(qū)域，其輸出功率不再隨著輸入功率的增加而線性增加，也就是說此時(shí)的輸出功率低于小信號增益所預(yù)計(jì)的值。

一般來說，1dB壓縮點(diǎn)越高意味著輸出功率越高，典型情況喜愛，當(dāng)功率超過P1dB時(shí)，增益將迅速下降并達(dá)到一個(gè)最大的或完全飽和的輸出功率，其值比P1dB大3-4dB。

5.4、三階交調(diào)點(diǎn)

三階交調(diào)（雙音三階交調(diào)）是用來衡量非線性的一個(gè)重要指標(biāo)。用兩個(gè)相隔⊿f，且電平相等的單音信號（f1,f2）同時(shí)輸入一個(gè)射頻放大器，則放大器的輸出頻譜大致如下圖所示：

從上圖可以看出，三階交調(diào)信號2f1-f2,2f2-f1很接近主頻信號f1，f2,無法用濾波器濾除。容易對鄰信道產(chǎn)生干擾。此時(shí)非線性將表現(xiàn)的非常明顯，兩個(gè)鄰近的干擾產(chǎn)生就用三階交調(diào)點(diǎn)來表征。IMD3(三階交調(diào)失真)為：

                              Δ=Pf1-P2f2-f1(dBc)     --信號幅度

5.5 、三階截止點(diǎn)（IP3）

任一射頻單元電路，輸入雙音信號同時(shí)增加1dB，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物將增加3dB，而主輸出信號僅增加1dB（不考慮壓縮），這樣輸入信號電平增加到一定值時(shí)，輸出三階交調(diào)產(chǎn)物與主輸出信號相等，這一點(diǎn)稱為三階截止點(diǎn)，對應(yīng)的輸入信號電平稱為輸入三階截止點(diǎn)，對應(yīng)的輸出信號電平稱為輸出三階截止點(diǎn)。注意：三階截止點(diǎn)信號電平是不可能達(dá)到的，因?yàn)樵谶@時(shí)早已超過射頻單元電路的承受能力。

IP3為為基頻信號功率與三階交調(diào)失真信號功率的虛擬延伸線的交點(diǎn)，其關(guān)系式為：

小結(jié)：P1dB是輸出功率性能參數(shù)，壓縮點(diǎn)越高意味著輸出功率越高，輸入1dB壓縮點(diǎn)用來表征諧波的失真程度。IP3表示線性度與失真性能的參數(shù)，IP3越高表示線性度越好和更少的失真。

六、鄰信道功率比（ACPR）

由于功率放大器的非線性效應(yīng)，當(dāng)信號通過功率放大器時(shí)會產(chǎn)生頻譜“擴(kuò)散”現(xiàn)象，中心頻率fc,帶寬為B1中的功率，與距離中心頻率fc-f0,帶寬為B2中的功率比值即為ACPR.

當(dāng)然PA還有很多其它參數(shù)，比如2-3次諧波，這里就不再贅述。從上面的一些PA的基礎(chǔ)知識，我們也可以看出，PA一直在追求線性，低功耗，但是隨著應(yīng)用場景的變化，這一趨勢也發(fā)生了變化，比如WIFI7 的到來，針對WIFI7的寬頻帶，多頻段帶來的高功耗問題，在WIFI7的射頻前端模組中就引入非線性FEM的應(yīng)用。