射频知识用多少—负反馈在射频电路中的应用
经常有号友问我学习射频要看什么书？跟很多推荐的不一样，我会推荐看《模拟电子》，模电中讲了很多最基础的理论，这些基础的理论在射频电路中反复被用到-例如负反馈。负反馈是电路中常见的一种模型，在射频电路中应用广泛。
经典负反馈系统建模
基本数学模型：
Y(s)=[1+A(s)]/[1+B(s)A(s)]*X(s)
其中：
A(s) 为功放传递函数
B(s) 为反馈网络传递函数
环路增益 T(s)=A(s)B(s)
在模拟电路中讲了负反馈的几个优点：
1.稳定系统增益/输出：
关键特点： 显著降低系统增益（或输出量）对开环增益变化 （如元器件参数漂移、温度变化、电源波动、老化）的敏感性。
结果： 系统输出更精确地跟随输入指令，对外部扰动和内部参数漂移具有鲁棒性 （如将功放输出功率波动从±3dB抑制到±0.5dB）。
优势：
保证放大器在整个工作频带内增益更平坦。
降低对晶体管个体差异的依赖，提高产品良率和一致性。
减少温度漂移对增益的影响。
实现： 需要设计具有足够开环增益和稳定相位的放大器，并设计稳定、频率特性符合要求的反馈网络β。
应用：
l宽频带功放负反馈设计
l稳定功率设计减少温度漂移对增益的影响
2.扩展系统带宽：
关键特点： 在保持增益稳定的前提下，拓宽了系统有效工作的频率范围 。
负反馈通过降低中低频增益，可以将增益-频率曲线“压平”，从而将3dB带宽向高频方向扩展。其代价就是峰值增益的降低。
优势： 设计出满足宽带应用（如超宽带通信、仪器仪表）要求的放大器。
实现： 需要开环放大器在目标带宽内具有足够的相移稳定性（避免振荡）。有时会采用补偿技术（如在反馈电阻上并联电容）来优化频率响应。
3.改善线性度，减少失真：
关键特点： 有效抑制系统非线性特性 （如放大器件的AM/AM、AM/PM失真、谐波失真、互调失真）。
原理： 反馈信号包含输出端的失真分量。误差信号 ε ≈ (输入 - 含失真的输出)。系统通过放大并驱动这个误差信号，试图预失真输入信号 来抵消开环系统引入的失真。
结果： 降低谐波、互调产物，提高信噪比(SNR)、信纳比(SINAD)，改善调制精度（EVM），降低邻道泄漏（ACLR）。
4.改变输入/输出阻抗：
负反馈作用： 通过精心设计的反馈网络（电阻、电容、电感或其组合），负反馈可以将放大器的输入阻抗和输出阻抗“拉向”期望的值（通常是50Ω纯电阻）。
优势：
减小信号在级间或与天线/滤波器连接时的反射损耗（提高S11和S22）。
提高功率传输效率。
简化级联设计，使各模块更容易实现共轭匹配或系统匹配。
增强电路对负载或源阻抗变化的鲁棒性。
实现： 串联反馈（电压采样，电流求和）常用于提高输入阻抗；并联反馈（电流采样，电压求和）常用于降低输入/输出阻抗；串-并联（电压采样，电压求和）或并-串联（电流采样，电流求和）反馈可综合调整阻抗。实际中常采用电阻+电容或微带线结构的反馈网络。
5.增强稳定性（防止振荡）：
射频放大器由于晶体管内部反馈（S12）、不合理的匹配网络或布局布线引入的寄生耦合，容易在某些频率点满足振荡条件（环路增益≥1且相移360°）。
负反馈作用： 负反馈本身设计得当是用于稳定工作点的。 这里指的是正确设计和实施的负反馈本身就是为了避免 电路工作在不稳定的区域。通过负反馈可以控制并降低放大器的增益，使其远离潜在的不稳定点（如降低可能产生振荡的频点增益）。负反馈还能降低输入输出阻抗对频率的敏感性。
优势： 使放大器在整个工作频带内保持无条件稳定（所有源和负载阻抗下都不会振荡），通常通过Rollett稳定性因子 K > 1 和 |Δ| < 1 来判断。
关键点： 负反馈必须保证在关键频点（如增益峰值、相位反转点）有足够的相位裕度 。设计不当的负反馈（如在高频引入过多相移）反而会导致 振荡（变成正反馈）。
负反馈的缺点
1.增加了噪声系数：
负反馈对噪声的影响是复杂且通常是负面的 。反馈网络本身的无源电阻会产生额外的热噪声。虽然负反馈可以改变输入阻抗（可能有助于实现最佳噪声匹配），但它会增加总的噪声系数。
结论： 在LNA设计中通常避免使用负反馈- 尽管负反馈可以让电路稳定，但是，追求最低NF是首要目标。
2.负反馈系统可能产生振荡
原理： 环路中存在附加相移（由放大器、电容、电感、传输延迟等引起）。当在某个频率点(f_osc)上，开环增益A和反馈系数β的乘积满足 |T(f_osc)| >= 1 且 ∠T(f_osc) = -180°（即环路相移达到180度）时，系统在该频率点满足振荡条件（巴克豪森判据）。
结果： 必须进行频率补偿设计 （如添加相位超前/滞后网络、主极点补偿、降低高频增益），确保在整个工作频带内，环路增益T=1（0dB）点对应的相位裕度(Phase Margin, PM) > 45°（通常要求） 和增益裕度(Gain Margin, GM) > 10dB（通常要求） ，以保证系统稳定。
总结：
负反馈是射频电路设计中一项强大而常用的技术，主要用于：
实现良好的输入/输出阻抗匹配 （核心优势之一）。
稳定增益 （降低对元器件和温度变化的敏感度）。
扩展带宽 （牺牲增益换取平坦的宽频带响应）。
改善线性度 （降低失真，提高IIP3，但大功率/高频应用有限制）。
确保电路稳定性 （设计得当是前提）。
然而，在射频高频段实现稳定有效的负反馈极具挑战性，需要仔细考虑相移、寄生效应、增益限制、布局布线以及噪声和功率处理等因素。设计师必须在性能提升与复杂性、潜在风险之间进行权衡折衷。
