小信号增益正常，不代表功放还能继续加功率

VNA扫S21，增益14 dB，曲线也很平。于是有人会直接推：输入再加10 dB，输出也应该再加10 dB。

真正上功率以后却发现，Pin继续加，Pout越来越“跟不上”，增益开始往下掉。

这通常不是VNA测错了，而是功放从小信号线性区进入了大信号压缩区。

功放在输入很小时，器件工作在线性区。此时输入功率增加1 dB，输出功率基本也增加1 dB，Pout−Pin得到的Gain近似不变。

这正是普通小信号S参数最擅长描述的状态。

但随着输入继续变大，晶体管的电压摆幅、电流摆幅、偏置和负载能力都会逐渐接近极限。输出不再严格跟随输入增加，增益开始下降，这就是Gain Compression。

所以一块板S21正常，只能说明匹配、偏置和器件在小信号状态下大致工作正常，并不能证明它的大信号输出能力也正常。

 

图1：功放随输入功率增加，Pout继续上升但Gain开始下降，同时PAE和漏极电流也发生变化。

P1dB就是最常用的增益压缩指标。

假设功放小信号增益是20 dB。在线性区时，Pin = 0 dBm，理论上Pout应该是20 dBm；Pin再加1 dB，Pout也应增加约1 dB。

继续扫功率，直到实际增益只剩19 dB，也就是比小信号增益低了1 dB，这个点就是1 dB Compression Point。根据厂商定义，它可能写成IP1dB，也可能写成OP1dB，分别对应压缩点的输入功率和输出功率。

再继续加输入，输出逐渐接近Psat，也就是饱和输出功率。到了这个区域，再加很多输入，输出也不会按比例增加，同时失真会迅速变重。

图2：P1dB不仅与频率有关，也会随偏置电流变化。

最基础的搭法，是信号源 → DUT → 功率计或频谱仪。也可以用支持Power Sweep和压缩测试的VNA。

关键是先把测试参考面校到DUT端。输入线缆有2 dB损耗，你如果还按信号源面板功率当Pin，最后算出来的P1dB就会直接偏掉。

测试时从低功率开始，一步步提高Pin，同时记录Pout并计算Gain = Pout−Pin。把低功率区的增益作为基准，当Gain下降1 dB时，就找到了P1dB。

同时建议记录VDD、IDD和器件温度。因为真正进入压缩时，很多PA的漏极电流、结温和效率也在变化。如果供电先掉压，或者电源进入限流，你看到的“压缩”其实可能是供电系统在限制功放，而不是器件本身达到数据手册的P1dB。

 

图3：外部偏置功放的Gate与Drain偏置条件，是大信号性能测试时必须确认的基础条件。

先查偏置。外部偏置的GaAs/GaN功放，对静态电流IDQ很敏感。IDQ没调到数据手册测试条件，P1dB、IP3、增益和效率都可能跟着变。

再查输出负载。连接器、衰减器、隔直器件或后级匹配不好，都会改变功放看到的负载条件。小信号下可能还能看到不错的S21，大信号下却更早进入压缩或产生额外发热。

再查热。连续波大功率测试时，结温上升会改变器件特性。如果刚上电测很好，几十秒后Pout逐渐下降，就不能只看射频匹配。

最后查仪器本身。频谱仪或接收机如果输入过大也会发生自身压缩，所以PA输出端通常需要合适的固定衰减，并确认仪器前端仍在线性范围。

 

图4：FET的工作点由栅压、漏压与漏极电流共同决定，偏置变化会影响线性和压缩性能。

P1dB是“已经开始明显压缩”的指标，不是所有系统都应该长期顶在这个点运行。

对于QPSK、QAM、OFDM这类有峰均比的调制信号，瞬时峰值会比平均功率高很多。如果平均功率已经贴着P1dB跑，峰值很容易进入更深的非线性区，最终表现为EVM变差、ACLR恶化和频谱再生。

所以系统设计真正要留的是Output Back-Off，也就是输出回退。回退多少，要根据调制方式、线性指标、DPD能力、温度和器件一致性来定，而不是只看“最大能出多少dBm”。

如果S21正常，但P1dB明显偏低，排查重点应该从小信号匹配转向大信号条件：偏置、电源、负载、热和测试参考面。

射频功放是否“正常”，不能只看一条S21。真正到产品输出能力这一层，必须把小信号指标和大信号指标分开看。

声明：

本文由凡亿教育整理，转载请注明来源！

投稿/招聘/广告/课程合作/资源置换 请加微信：13237418207