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高功率放大器(HPA)基础知识
1、用途及特点
在无线通信系统,高功放(HPA)是发信电路重要组成部份。通常,它由多级放大器构成,其输出端是发射链路最高电平点,它经双工器与发射天线连接。
HPA在发信电路部位如图1所示。
高功放主要作用,是在发射频率上,将低电平信号放大到远距离传输所要求的高功率电平。
因频段、传输距离、天线增益、信号调制方式等因素,不同发射机HPA输出功率差异甚大。在常用微波频段(800MHz~28GHz)可从几十瓦到几十毫瓦不等。
高功放电路特点:
(1) 在大容量(或多载波)数字通信系统,设计HPA电路尤其是末级电路,常发生大功率输出与线性要求之间矛盾。经常采用三种解决办法
* 采用平衡放大电路,其合成输出功率较单管增加一倍且保持单管线性。在常用微波频段经常用下图所示正交混合电路(或3dB桥)实现功率合成。
* 采用预失真补偿电路,设计一个预失真网络使它产生的三阶互调与HPA三阶互调在输出合路器中相互抵消。构成方式如下图所示,
 
予失真补偿电路设计复杂、带宽窄,使用不普遍。 
*在HPA前级设置自动电平控制(ALC)电路,通过末级输出耦合检波直流,控制PIN衰耗,保持输出功率恒定。防止因前级输入电平过高因饱和失真。该方法只能予防失真而不能改善失真,
(注:ALC与大容量长距离数字微波采用的ATPC不同,前者是以保持发射机输出功率恒定,防止失真为目的,采用的是开环控制方式。而自动发射功率控制(ATPC)是发射机功率受控于对端接收电平,当电波传播发生深度平衰落时,提高发射功率,最大可达到额定功率。在正常传输时间里使发射功率小于额定功率10dB。采用的是闭环控制方式。是以减轻干扰、抗平衰落为目的。) 
(2)HPA采用的大功率器件都呈现极低的输入、输出阻抗,其阻抗实部绝对值很小,都在1~3欧姆左右,而容抗和引线电感很大。对这样的大功率器件进行输入、输出和级间匹配非常困难。因单片微波集成电路(MMIC)技术的发展,许多厂家已制造出输入输出内匹配的大功率器件,大大地缓解设计难度。 
(3)HPA输出级必须要考虑空载保护。若与输出负载间发生严重失配(如,连接天线馈线开路或短路)末级与输出负载电路之间将产生大驻波电压,驻波峰值电压一旦落在器件漏极,它与供电电压迭加将使器件击穿。
在微波频段常采取二种保护方法,在4GHz以上频段借助于输出隔离器中的反向吸收负载R吸收反射波,它如下图所示,
在低频段常用定向耦合器(Diectional coupler)检测反射波,超出定值时自动切断功放电源并发出告警。工作示意图如下
 
设计工程师可根据工作频率、电路结构选取分布参数或集中参数定向耦合器。
(注:定向耦合器是互易器件,当信号从原规定的“IN”口输入改为“OUT”口输入时,其耦合口“COUP”和隔离口“ISO”也将互换。定向耦合器常用二个参数表征如下:
耦合量   CdB = 10log(Pco/Pin)
方向性   DdB = 10log(Pco/Pis)
其中  Pin , Pco , Pio 分别为入口输入功率、耦合口及隔离口输出功率。)  
(4)目前在HPA电路常用高频大功率***化镓场效应晶体管(GaAsFET)或者用其管芯制作的MMIC“放大块”,开关机时,如栅偏压稍迟后于