3、功率放大器（PA）选型与设计

功率放大器，简称PA，是基站射频链路里最“吃”能量的器件。说白了，它就是把小信号放大到几十瓦甚至上百瓦，然后通过天线发射出去。我刚开始做基站设计那会儿，总觉得PA选型就是挑个功率够大的管子就行。后来吃过亏才明白——PA选不好，整个链路性能全白搭。

3.1 PA分类：Class A/B/AB/C/F

PA的分类，主要看它的导通角。导通角不同，效率、线性度、输出功率都不一样。我习惯把它们分成两类：线性PA和开关类PA。

3.1.1 Class A（甲类）

Class A的导通角是360度，也就是说，整个信号周期内管子都在工作。它的线性度最好，但效率极低，理论最高也就50%，实际做出来往往只有20%-30%。

我个人的经验：Class A一般用在驱动级或者对线性度要求极高的场景。基站末级很少用，因为发热太严重了。我记得有一次做小基站项目，末级用了Class A，散热片大得像块砖头，最后还是换成了Class AB。

3.1.2 Class B（乙类）

Class B的导通角是180度，只有半个周期在工作。效率比Class A高，理论最高78.5%。但问题是，它会产生交越失真——两个管子交替工作时，信号过零点附近会出现非线性。

3.1.3 Class AB（甲乙类）

Class AB是折中方案，导通角在180度到360度之间。它兼顾了效率和线性度，是目前基站PA最常用的类型。你想想看，基站既要省电，又要保证信号质量，Class AB正好满足这个需求。

避坑指南：我曾经在选型时忽略了一个细节——Class AB的静态电流设置。静态电流太小，交越失真明显；太大，效率又下去了。这个平衡点需要根据实际调制信号来调，不能只看数据手册。

3.1.4 Class C（丙类）

Class C的导通角小于180度，效率很高，理论最高可达90%以上。但线性度很差，只适合恒包络调制信号，比如早期的GSM。现在的4G/5G信号都是非恒包络的，Class C基本用不上。

3.1.5 Class F（F类）

Class F是谐波控制类PA。它通过控制谐波阻抗，让电压和电流波形在时域上“错开”，从而降低功耗。效率可以做到80%以上。但它的设计比较复杂，对匹配网络要求很高。

嗯，这里要注意：Class F虽然效率高，但带宽通常比较窄。如果你做的是宽带基站，Class F可能不太合适。

3.2 关键指标：Pout、Gain、PAE、线性度

选PA时，这几个指标是必看的。我一般会列个表格，把候选器件的参数放在一起对比。

指标	含义	典型值（基站）	我的建议
Pout（输出功率）	PA能输出的最大功率	30-50 dBm	留3dB余量，别卡着极限用
Gain（增益）	输入到输出的放大倍数	20-40 dB	增益太高容易自激，注意稳定性
PAE（功率附加效率）	(Pout - Pin) / Pdc	40%-60%	PAE越高，散热压力越小
线性度（OIP3/ACPR）	衡量信号失真程度	OIP3 > 45 dBm	线性度不够，邻道干扰会超标

PAE 这个指标，我特别想多说两句。很多人只看效率，但PAE是扣除了输入功率的。举个例子，如果输入功率是10W，输出是50W，直流功耗是100W，那效率是50%，但PAE只有40%。PAE更能反映PA本身的性能。

线性度 就更关键了。基站发射的信号是调制信号，有幅度变化。如果PA线性度不好，信号就会失真，产生邻道干扰。我遇到过最头疼的一次，就是ACPR（邻道功率比）超标，查了三天才发现是PA的偏置电路设计有问题。

3.3 Doherty PA原理

Doherty PA是现代基站里最主流的架构。为什么？因为基站信号有很高的峰均比（PAPR），比如4G LTE信号PAPR在10-12dB左右。如果只用单个PA，为了满足峰值功率，PA必须工作在很大的回退区，效率会很低。

Doherty PA的思路很简单：用两个PA——一个主功放（Carrier PA），一个峰值功放（Peaking PA）。

• 低功率时：只有主功放工作，峰值功放关断。主功放工作在高效区。
• 高功率时：主功放和峰值功放同时工作，共同输出峰值功率。

这样一来，整个功率范围内的平均效率就提高了。我做过一个2.6GHz的Doherty PA设计，在6dB回退点，效率还能保持在45%以上，比单管Class AB高了将近15个百分点。

设计要点：

• 主功放偏置在Class AB，峰值功放偏置在Class C
• 两路之间需要精确的相位匹配，通常用λ/4传输线实现
• 合路点的阻抗变换很关键，直接影响效率

我曾经踩过的坑：Doherty PA的带宽比较窄。有一次做宽带项目，要求覆盖2.3-2.7GHz，我直接用标准Doherty结构，结果高频段效率掉得厉害。后来用了非对称Doherty，才把带宽撑开。

3.4 预失真技术

PA天生是非线性的。你输入一个完美的信号，输出就变形了。预失真技术，说白了就是“以毒攻毒”——在PA前面加一个非线性模块，它的失真刚好和PA的失真相反，两者抵消，输出就线性了。

预失真分两种：

• 模拟预失真：用模拟电路实现，带宽宽，但精度有限。适合早期系统。
• 数字预失真（DPD）：在数字域处理，精度高，适应性强。现在基站基本都用DPD。

DPD的原理是这样的：

1. 采集PA的输出信号
2. 与输入信号对比，计算误差
3. 用算法（比如最小二乘法）拟合PA的逆模型
4. 将逆模型应用到输入信号上
5. 循环迭代，直到误差收敛

实际项目中的经验：DPD的效果很大程度上取决于反馈路径的质量。反馈链路的噪声、延迟、带宽都会影响DPD的收敛效果。我做过一个测试，反馈路径的SNR每降低3dB，DPD的ACPR改善量就减少2-3dB。

另外，DPD的模型阶数也很关键。阶数太低，补偿不够；阶数太高，计算量大，而且容易过拟合。我一般从5阶开始试，根据实测结果往上加。