分析可调节的宽带放大器在测试中的优势和应用

高功率宽带放大器的设计是一件非常有挑战性的工作，工程师需要在多个相互对立的设计参数之间进行折中。对于一个用户来说，如何选择一款合适的放大器并便捷高效的进行测试是非常重要的考虑因素。本文将深入探讨不用应用需求对功放指标的要求，介绍最新的可调节宽带放大器的特性，以及给各种应用测试带来的便利性和高效性。

1. 引言 

射频宽带高功率放大器是当今无线功率电子设备的核心组成部分，具有增益高、效率高、带宽宽、可靠性高、体积小等优点，在雷达、导航和电子对抗等军用领域以及电磁兼容、通信、广播电视、安保和医疗、科学研究、研发生产等民用领域中应用广泛。

图1 R&S BBA130，可以在A类和AB类之间调节偏置，以及在输出端选择最大输出功率或高失配容差

宽带放大器的设计者通常需要满足多种设计需求，对于不同的应用，放大器需要满足的指标要求是不一样的，例如，对许多应用来说，宽带放大器需要最够的线性，且在谐波频率处是全反射的。此外，对于雷达，军用发射机等非广播电视的应用来讲，放大器还必须能够承受输出端巨大的失配，这些通常是连接天线的特性，终端负载，待测设备本身的反射等原因造成的。放大器一般都要优化到特定的性能，且不能改变。对于滤波器，开关，放大模块等射频器件，其开发，制造，质检的测试需求，通常需要调整射频放大器的特性来满足相应的测试条件。因此，只有详细的了解应用和测试的需求以及这些需求对功率放大器的要求，才能精确高效的完成相应的测试。

2. 不同测试需求对宽带放大器的要求

设计高功率宽带放大器时，工程师需要对带宽，增益，输出功率以及在各种幅度和相位条件下失配的行为特性，线性度，谐波特性，功率效率等进行综合考虑，并从中找出最重要的优先考虑的指标。同样的，当为某一个特定应用寻找放大器的时候，最重要的是能清楚了解放大器的各个参数，以及对参数需求有影响的各种因素。通常来讲，对功放的特性设置有影响的因素有下面这些。  

2.1 输入信号的包络

从包络的角度，可以把信号分为恒包络信号，包括连续波，调频，调相，PSK调制信号等；缓变包络信号，包括如调幅，双音信号等；幅度急变信号，包括高质量相位或幅度调制的单载波以及多载波信号等，典型的是高峰值因子的OFDM信号。信号的包络特性决定了放大器是否需要保持大功率来为信号的峰值做预留。不同的包络信号，对放大器的特性需求是不一样的。

2.2 输入信号的时域行为

输入信号的忠实放大需要合适的偏置点，连续波和脉冲的放大设置是不一样的。

2.3 放大器本身的传输特性

传输特性影响放大器的线性，谐波和交调分量，也决定了放大器能否在饱和状态下进行测试工作。不同的应用，对放大器的需求也不一样，有的要求放大器在放大信号的同时，必须保证很高的频谱纯度，有的则只要求很高的输出功率，而对输出信号的时域行为和频谱特性并无过多要求。

2.4 输出端和DUT的阻抗匹配

DUT的阻抗匹配特性决定了放大器的输出功率是否下降等行为，并且会影响到放大器电路的设计，实际应用中，可以分为如下两种：良好阻抗匹配的应用（50欧姆附件变化），在这种情况下，如果DUT出现性能下降，引起匹配变差，允许放大器降低功率来保护自己；匹配很差的应用（极端情况，开路或短路）， 该应用下，放大器应能够持续输出功率，并且不降低功率或关断。

表2中列出了多种不同测试以及测试中放大器需要满足的不同需求。因此，特性灵活的新型放大器应具有如下特点，不仅能够满足上述所列的指标需求，还能满足射频器件在研发，生产和品控中的多样测试需求。

表2 不同测试对射频功放的需求

3. 可调节宽带放大器在测试中的应用和优势

罗德与施瓦茨公司的新型R&S BBA130宽带放大器，就是一台可灵活调节的放大器，能够非常方便的满足测试中的多样化需求。 正是针对上述需求，R&S 推出了全球第一款可以在运行中配置发射特性以满足具体应用的宽带放大器BBA130。该放大器提供两个控制参数可以让用户灵活优化输出信号，偏置点可以在A类和AB类之间灵活调节，高输出功率和高失配容差之间可以灵活平衡，这两个参数都可以在放大器工作时随时设置或调节，如当输入信号波形发生变化时，或测试过程中输出信号的需求发生变化时 ，都可以立即改变放大器状态。这些操作可以通过手动，浏览器界面或远程操作指令等多种方式实现。现在只用一台放大器，就可以测试DUT是否符合规范（测试需要高线性度功放），并确定其负载极限（只关注输出功率）。

3.1 偏置点连续调节

偏置点的连续调节可以改变输出信号的特性，A类偏置具有非常好的线性，可以生成频谱很纯的输出信号，非常适合放大和生成干净的连续波信号。AB类偏置可以精确的放大脉冲信号，并改善效率。

3.2 高输出功率和高失配容差的灵活选择

R&S BBA130用户可以选择需要良好阻抗匹配（最大VSWR 2:1）的高输出功率模式，也可以选择高失配容差模式（VSWR 6:1），此时对应的最大输出功率会变小。在设计和产品验证测试中，放大器输出端的阻抗匹配通常是好的，DUT 一般也是为50欧姆系统设计的，或者放大器和DUT之间装有环形器，这些都可以保证良好匹配，这时放大器的功率能力是可以得到完全利用的。当DUT或环形器出现问题时，才会导致较大的失配，这种情况下，测试需要停下来，放大器降低输出功率来保护自身。

对于EMC 应用，天线的匹配通常是不太好的，DUT的输入阻抗也常常会严重偏离50欧姆，这种情况宽带放大器也必须能够尽可能长时间的持续的输出功率，并且不能随着阻抗变化降低输出功率来保护自己（除非非常大的失配）。

图4 R&S BBA130D300不同设置对功率的影响

基于上述两个调节维度，放大器的性能和典型应用的对应关系可见下图：

图5 各种控制参数下放大器性能和典型应用

3.3 双同频放大器和双频段放大器配置

R&S BBA130还可以进行双同频放大器和双频段放大器配置，将两个频段集成到 4HU 台式型号中。同频放大器由两个放大器构成，二者频段相同，并行工作，这种类型的放大器非常适合双音测量，以及在小空间进行的相同布置下的多种测试应用，多个双同频单元还安装在一个机架中。双频放大器包含两个频段不同的放大器，在任何给定时间仅其中一个放大器被激活，这个选件的可选开关集成在机箱中。该放大器的紧凑、模块化设计，使之能够在 19 英寸机架单元上使用，以搭建高度集成的系统。这些机架单元的频率和功率还可以灵活配置。

4. 总结

R&S BBA130是全球第一款用户可以在运行中改变传输特性以满足具体应用的宽带放大器。现在只用一台放大器就可以最优化的应对不同的测试应用，紧凑、模块化设计可以实现灵活的同频或双频放大器配置。基于频率和功率的可升级性，R&S BBA130提供给客户更好的投资安全性和系统升级的灵活性，满足未来新的需求。