第1章射频功放概述

1、射频功放概述：地位、分类与效率线性度权衡

各位好，我是老张。今天咱们聊聊射频功放的基础。说实话，这玩意儿是整个通信系统里最“烧钱”也最“烧脑”的部分。我入行那会儿，带我的老师傅就说：“功放搞定了，系统就搞定了一半。”这么多年下来，我深以为然。

射频功放是干啥的？说白了，就是把小信号放大到足够大的功率，然后通过天线发射出去。你想想看，手机离基站好几公里远，信号要传过去，没个几十瓦甚至上百瓦的功率，根本不可能。

在发射机链路里，功放是最后一级。前面那些混频器、滤波器、驱动放大器，折腾半天，最后都得靠功放“临门一脚”。我做过一个基站项目，前级设计得漂漂亮亮，结果功放效率上不去，整机功耗超标，最后全部推倒重来。嗯，这里要注意：功放的性能直接决定了通信系统的覆盖范围、功耗和信号质量。

核心指标：输出功率、效率、线性度、增益。这四个指标，就像四个“大爷”，哪个伺候不好都不行。

功放的分类，核心看的是导通角。导通角不同，工作状态就不同。我习惯把这几类分成两拨：一拨是“线性功放”（A、B、AB、C），另一拨是“开关功放”（D、E、F）。

导通角360°，整个周期都在导通。线性度最好，但效率最低，理论最高才50%，实际也就20%-30%。我记得刚工作时，有个老工程师跟我说：“A类功放就是拿电换线性。”确实，它适合做小信号驱动级，或者对线性要求极高的场合。

导通角180°，只有半个周期工作。效率比A类高，理论最高78.5%。但问题来了——交越失真。两个管子交替工作时，衔接处会“打架”。我调试过一个B类功放，输出波形在零点附近有个“小台阶”，折腾了两天才搞定偏置电路。

导通角介于180°到360°之间。这是工程上最常用的折中方案。效率比A类高，线性比B类好。我个人习惯在基站功放里用AB类，配合数字预失真（DPD），效果相当不错。

导通角小于180°，效率可以做到80%以上。但线性度很差，基本只能用于恒包络调制，比如早期的FM广播。我曾经在一个军工项目里用过C类，输出功率倒是上去了，但信号一调幅就“露馅”。

类型	导通角	理论最高效率	线性度	典型应用
A类	360°	50%	极好	小信号驱动
B类	180°	78.5%	较好	推挽结构
AB类	180°-360°	50%-78.5%	好	基站、手机
C类	<180°	>80%	差	恒包络调制

这几类功放，管子工作在开关状态。要么全开，要么全关。理论上效率可以接近100%。但代价是什么？线性度很差，只能处理恒包络信号。

D类功放用PWM方式，E类用谐振网络，F类用谐波控制。我做过一个E类功放，效率做到了85%以上，但输出波形“方方正正”，谐波一大堆。你想想看，这种信号直接发射出去，隔壁频段全被干扰了。

我的经验：开关功放适合做高效率的窄带应用，比如无线充电、RFID。但做通信发射机，必须配合线性化技术，否则没法用。

做功放设计，最头疼的就是效率和线性度的矛盾。你想要高效率，就得让管子工作在饱和区或者开关状态，但这时候信号失真严重。你想要高线性度，就得让管子工作在甲类或者浅AB类，但效率低得可怜。

为什么会这样？我解释一下：功放的效率，本质上是输出功率和直流功耗的比值。管子导通时间越长，直流功耗越大，效率越低。但导通时间长，信号失真小，线性度好。反过来，导通时间短，效率高，但信号被“切”得厉害，线性度差。

我曾经在一个4G基站项目里，客户要求效率做到45%以上，同时ACPR（邻道功率比）要低于-45dBc。一开始我用AB类，效率只有38%。后来换成Doherty架构，效率做到了48%，但线性度又差了。最后没办法，上了DPD（数字预失真），才勉强达标。

避坑指南：千万不要相信仿真软件里“效率又高、线性又好”的结果。那都是理想情况。实际调试时，温度、负载、工艺偏差，都会让你的效率掉5-10个百分点，线性度恶化3-5dB。我曾经被仿真结果“坑”过一次，流片回来测试，效率直接打八折。

所以，实际工程中怎么做？我的建议是：

好了，这一章就聊到这儿。功放的分类和权衡，是后面所有内容的基础。你想想看，如果连“跷跷板”都没搞明白，后面学线性化技术、Doherty架构，那都是空中楼阁。