5.0 GHz 至 18.0 GHz 中功率放大器 ADH451S 深度解析

在电子工程师的日常工作中，选择合适的放大器至关重要。今天我们就来深入探讨一款高性能的中功率放大器——ADH451S，它工作在 5.0 GHz 至 18.0 GHz 频段，为众多射频应用提供了理想的解决方案。

文件下载：ADH451S.pdf

一、规格概述

ADH451S 规格书详细规定了产品要求，遵循 MIL - PRF - 38535 Level V 标准，同时结合 RF & MICROWAVE STANDARD SPACE LEVEL PRODUCTS PROGRAM 中的制造流程。此规格书聚焦于该产品的太空级版本，商业级版本的详细操作说明和完整数据手册可在 http://www.analog.com/HMC451 查看。

二、产品信息

1. 产品型号

完整型号为 ADH451 - 701LH5，是一款 5.0 GHz 至 18.0 GHz 的中功率放大器。

2. 封装外形

封装外形符合 MIL - STD - 1835 标准，具体为 X 型，采用 12 引脚陶瓷密封表面贴装（LH5）封装，引脚镀层为金。

3. 引脚连接

Pin Number	Terminal Symbol	Pin Type	Pin Description	Interface Schematic
1	GND	Power	RF/DC ground.	GND
2	RFIN	Input	RF Input 1/	RFINO
3 - 7、9、12	GND	Power	RF/DC ground.
8	RFOUT	Output	RF Output 1/	ORFOUT
10	VDD2	Power	Power Supply Voltage for the amplifier.2/	Vdd2
11	VDD1	Power	Power Supply Voltage for the amplifier.2/	Vdd1
Package Base	GND	Power	RF/DC ground 3/4/	GND
Package Lid	GND	Power

这里需要注意的是，RFIN 引脚为交流耦合并匹配到 50 欧姆；VDD1 和 VDD2 需外接 100 pF、1000 pF 和 2.2µF 的旁路电容；封装底座必须连接到 RF/DC 地，封装盖内部已连接到 RF/DC 地。

三、性能参数

1. 绝对最大额定值

项目	数值
漏极偏置电压（Vdd1 = Vdd2）	5V
RF 输入功率（RFIN）（Vdd1 = Vdd2 = +5V）	10 dBm
通道温度	175°C
热阻（通道到封装底部）	1.6°C/W
存储温度范围	-55°C 至 +150°C
ESD 敏感度（HBM）	Class 1A，通过 250V

超出这些绝对最大额定值的应力可能会对器件造成永久性损坏，长时间处于绝对最大额定值条件下还可能影响器件的可靠性。

2. 典型工作性能特性

参数	5 GHz - 13 GHz	13 GHz - 18 GHz
输入回波损耗（IRL）	11 dB	5 dB
输出回波损耗（ORL）	11 dB	5 dB
噪声系数（NF）	3 dB	3.5 dB
饱和输出功率（Psat）	22 dBm	20 dBm
输出三阶交调截点（OIP3）	33 dBm	32 dBm

所有典型规格在 TA = 25 °C 和 Vdd1 = Vdd2 = +5 V 条件下测量。

3. 电气性能特性

不同频率连续波输入下的增益、增益随温度变化、1dB 压缩输出功率等参数也有详细规定。例如，在频率为 5.0 GHz 连续波输入，RF In = -10dBm 时，增益在某些子组为 16 dB，某些子组为 14 dB。同时规定了静态电源电流在无信号输入时最大为 150 mA。

4. 测试要求和极限

包括电气测试要求、老化/寿命测试的增量极限等。如老化测试为 240 小时，寿命测试为 1000 小时，增益变化极限为 ±1.0 dB，静态电源电流变化极限为 ±10%。

四、测试与特殊要求

1. 老化和寿命测试

制造商需对测试条件和电路进行文件版本控制，并应要求向相关方提供。测试电路应符合 MIL - STD - 883 方法 1015 测试条件 B 的要求，不过 HTRB 不适用于此产品。

2. MIL - PRF - 38535 QMLV 例外情况

晶圆制造的代工信息可根据需求提供，同时不进行 Group D - 5 盐雾气氛测试。

五、应用与封装

1. 应用建议

最终应用的电路板应采用 RF 电路设计技术，信号线阻抗应为 50 欧姆，封装接地引脚和底部应直接连接到接地平面，使用足够的过孔连接上下接地平面，并将电路板安装到合适的散热器上。

2. 封装尺寸

LH5 封装的外形尺寸可在 http://www.analog.com 查询或按需获取。

六、订购与修订历史

此款产品的订购型号为 ADH451 - 701LH5，温度范围为 -40 °C 至 +85 °C，封装为 12 引脚陶瓷密封表面贴装。其修订历史从 2018 年 12 月开始，到 2020 年 10 月经历了多次更新和修正。

作为电子工程师，在选择和使用 ADH451S 放大器时，我们需要充分了解其各项性能参数和使用要求，以确保在实际应用中发挥出其最佳性能。大家在使用这款放大器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。

在前面的博文中，我们详细解析了 ADH451S 中功率放大器的各项参数和特性。为了让大家更好地了解其在实际中的应用，下面为大家分享一些相关的应用案例。

音频系统中的功率放大器应用

在音频系统设计里，功率放大器的选择和应用极为关键，因为它直接影响着音频系统的音质、功率输出和效能。不同类型的音频功率放大器有着不同的特点和适用场景。

• A 类功率放大器：具有较高的线性增益和音质，但功率效能相对较低。其电路结构相对简单，主要由一个晶体管或真空管组成，通过控制晶体管或真空管的偏置电流，将音频信号放大到所需的功率水平。由于其线性度较好，适用于要求较高音质但功率较小的音频系统，如家庭音响、耳机放大器等。
• B 类功率放大器：采用了两个互补的晶体管或真空管，一个负责放大正半周的音频信号，另一个负责放大负半周的音频信号。这样的设计能够提高功率效能，并减少能量的浪费。然而，B 类功率放大器的线性度相对较低，容易产生失真，因此更适用于功率要求较高但音质要求较低的应用，例如汽车音响。
• AB 类功率放大器：是 A 类功率放大器和 B 类功率放大器的结合体。它采用了两个互补的晶体管或真空管，其中一个晶体管或真空管处于 A 类工作状态，负责低功率信号的放大，另一个晶体管或真空管则处于 B 类工作状态，负责高功率信号的放大。这种设计既能保证音质，又能提高功率效能，广泛应用于各种音响系统，包括专业音响系统、舞台音响系统等。
• D 类功率放大器：是一种数字功率放大器，将音频信号进行数字化处理，然后通过高效的开关电路将数字信号转换为脉冲宽度调制（PWM）信号，最后通过低通滤波器将脉冲信号转换为模拟信号。具有高效率、小尺寸和低功率损耗的优点，成本相对较低，适用于功率要求高、空间受限或移动设备的音频系统。

Mason 公式在功率放大器增益计算中的应用

Mason 公式是一种用于线性多端口网络分析的数学工具，它提供了一种有效的方法来计算网络中的传输函数和信号增益。在功率放大器增益计算中，Mason 公式可以帮助我们快速而准确地计算功率放大器的增益，进而评估功率放大器的性能。 使用 Mason 公式计算功率放大器增益的具体步骤如下：

1. 将功率放大器抽象为一个线性多端口网络。根据功率放大器的设计和电路结构，将输入和输出连接到网络的相应端口上。
2. 根据线性多端口网络的定义和 Mason 公式的原理，找到网络中所有可能的路径和回路。路径是指从一个输入到一个输出的连接路径，而回路是指从一个节点出发，经过若干支路后返回到同一节点的路径。
3. 对于每个路径，计算其路径增益系数。路径增益系数表示路径上各个支路的传输函数之积。
4. 根据路径增益系数的定义，对所有路径的增益系数进行求和，得到网络的传输函数。
5. 利用传输函数，可以计算功率放大器的增益。增益可以通过传输函数的模值（即幅度响应）来获得，通常以分贝为单位表示。

预失真技术在 C 波段功率放大器中的应用

在 C 波段通信技术中，功率放大器扮演着重要的角色，而预失真技术作为功率放大器性能优化的一种有效方式，受到广泛关注和研究。

• 直接数字预失真技术：是指在数字信号进行预失真处理之后，再经过数模转换器输出模拟信号。该技术通过一些算法来实现对信号的预处理，常用的算法有 LMS 算法、NLMS 算法等。在 C 波段通信中，通过直接数字预失真技术，可以有效消除功率放大器的非线性失真，并且保护信号质量的同时，提高了 C 波段通信系统的抗干扰性能。
• 间接数字预失真技术：是指在数字信号经过 DA 转换器后，再通过模拟调制器以电压形式进入功率放大器。该技术能够有效消除功率放大器的非线性失真，并且降低功率放大器的零散响应，提高信号质量和抗干扰能力。在 C 波段通信系统中，尤其需要保证信号的稳定性和质量，因此间接数字预失真技术常被应用于 C 波段通信系统中。
• 模拟预失真技术：是将调制信号直接加入到放大器输入信号，通过信号处理电路实现失真预处理。该技术可以在功放的驱动端和功率放大器之间加一个预处理电路，来消除功率放大器的非线性失真。不过模拟预失真技术成本较高，并且在 C 波段通信中的应用还不是很广泛。

这些不同的应用案例展示了功率放大器在不同场景下的使用方式和优化方法。对于 ADH451S 这样的中功率放大器，在实际应用中，我们也可以参考这些案例，根据具体的需求和场景，选择合适的方法来发挥其性能。大家在实际项目中，是否遇到过功率放大器应用方面的难题呢？又是如何解决的，欢迎在评论区分享交流。