在寬帶無線通信系統(tǒng)中，功率放大器（Power Amplifier, PA）需要滿足相對帶寬大于25%、帶內(nèi)增益平坦度良好的嚴苛要求。然而，受限于MOS管寄生電容等非線性參數(shù)的影響，傳統(tǒng)PA難以在寬頻帶內(nèi)實現(xiàn)良好的輸入輸出匹配。針對這一挑戰(zhàn)，負反饋技術(shù)被廣泛應用于寬帶PA設(shè)計中，通過犧牲部分增益換取帶寬擴展和增益平坦度優(yōu)化。

一、正反饋與負反饋

在晶體管電路中，負反饋與正反饋是兩種關(guān)鍵的反饋機制。負反饋指通過特定回路將晶體管輸出端的信號返回至輸入端，并與輸入信號進行反相疊加運算，從而減小輸入端的信號幅度；而正反饋則是反饋信號與輸入信號進行同相疊加，導致輸入端信號幅度增強。

負反饋在放大器中的作用機制具有顯著的頻率選擇性。在低頻段，負反饋會將與輸入信號反相的輸出信號耦合至輸入端，通過反相疊加降低輸入信號幅度，從而抑制低頻段的增益；而在高頻段，反饋路徑則將與輸入信號同相的輸出信號引入輸入端，通過同相疊加增強輸入信號幅度，提升高頻段增益。這種頻率響應特性使放大器在寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)增益平坦化，確保不同頻率信號的放大一致性。

負反饋技術(shù)還具有多重優(yōu)勢：一方面能顯著提高放大電路的穩(wěn)定性，抑制非線性失真；另一方面可有效降低輸入輸出端口的駐波比，改善阻抗匹配性能。然而其應用也存在局限性：反饋回路中的電阻元件會引入額外損耗，導致放大器輸出功率下降；同時，反饋網(wǎng)絡(luò)可能引入額外噪聲，使系統(tǒng)噪聲系數(shù)有所增加。這種技術(shù)優(yōu)勢與局限并存的特性，要求設(shè)計者在具體應用中需權(quán)衡性能需求與實現(xiàn)條件。

二、負反饋電路的工作原理

1.1 基本電路拓撲

圖1展示了兩種典型的并聯(lián)-并聯(lián)負反饋結(jié)構(gòu)。其中RLC型（圖1a）通過電阻、電感、電容構(gòu)建反饋網(wǎng)絡(luò)，而RC型（圖1b）省略了補償電感，圖3c為串聯(lián)型。由于RC結(jié)構(gòu)在工藝實現(xiàn)和參數(shù)調(diào)節(jié)方面更具優(yōu)勢，成為寬帶PA設(shè)計的首選方案。

并聯(lián)負反饋：

在晶體管并聯(lián)負反饋電路中，通過將RLC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（電阻Rf、電感Lf、電容Cf）并聯(lián)于漏級與柵極之間，可實現(xiàn)對放大器增益的動態(tài)調(diào)節(jié)。在低頻段，電感Lf呈現(xiàn)低阻抗特性，反饋信號主要經(jīng)電阻Rf傳輸至輸入端，此時通過調(diào)整Rf的阻值可精準控制反饋量，從而抑制低頻增益。進入高頻段后，電感Lf的高阻抗特性顯著削弱了反饋信號的傳輸，同時高頻反饋信號與輸入信號的相位差小于90°，疊加后反而增強了高頻增益，最終使放大器在寬頻帶內(nèi)的增益趨于平坦。電容Cf作為隔直元件，既防止了偏置電流進入輸入端，又通過調(diào)節(jié)其電容值可靈活調(diào)整反饋回路的相位響應，進一步優(yōu)化了電路的頻率特性。這一設(shè)計兼顧了增益平坦化與相位控制，為放大器的寬帶性能提供了有效保障。

串聯(lián)負反饋：在串聯(lián)負反饋電路中，電阻Rs
作為偏置網(wǎng)絡(luò)的核心元件，用于穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，而電容Cs
則需選擇足夠大的電容值，確保工作頻段內(nèi)的交流信號對地短路，從而隔離直流偏置。為避免傳輸線效應帶來的阻抗失配，Rs和Cs
的物理尺寸需盡可能縮小，并與晶體管管腳緊密連接。這一設(shè)計通過增大放大器端口阻抗的實部，顯著提升了電路的穩(wěn)定性，同時縮小了最佳噪聲阻抗與實際端口阻抗的差異，使噪聲匹配與阻抗匹配得以同步優(yōu)化。實踐中，Rs
常被微帶線替代，通過仿真分析調(diào)整微帶線的阻抗參數(shù)，可進一步優(yōu)化輸入阻抗特性。這種方案在保持高頻段增益不受損失的前提下，有效增強了放大器的寬帶穩(wěn)定性，為高頻應用提供了更靈活的電路設(shè)計空間。

圖2（c）

2.2 核心元件功能解析（針對并聯(lián)型負反饋）

• 電阻R：
  ① 作為反饋強度的調(diào)節(jié)器，阻值與增益成反比（R↑→增益↑）
  ② 通過低頻信號反饋抵消部分輸入信號，實現(xiàn)"以增益換帶寬"
  ③ 引入正斜率增益響應，補償高頻滾降現(xiàn)象

• 電容C：
  提供直流隔離，阻斷漏極偏置電流進入柵極電路

• 電感L（RLC型特有）：
  在高頻段引入感性補償，擴展帶寬上限

1.3 系統(tǒng)級作用

• 帶寬擴展：通過降低低頻增益（約3dB/oct斜率）與補償高頻滾降，實現(xiàn)增益曲線平坦化

• 阻抗調(diào)節(jié)：將輸入/輸出阻抗降低至50Ω附近，簡化匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

• 穩(wěn)定性提升：抑制潛在振蕩條件，改善K因子等穩(wěn)定性指標

以下實驗copy 博主RF小白

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二、RC負反饋對PA性能的量化影響

2.1 實驗條件設(shè)定

選取Ampleon BLF647P LDMOS功放管進行ADS仿真：

• 偏置條件：

• VGS=3.3V，VDS=28V

• 工作帶寬：30-520MHz（相對帶寬>175%）

• 對比方案：無反饋（開環(huán)） vs RC反饋（R=4.7Ω，C=300pF）

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2.2 小信號增益特性

圖3仿真結(jié)果表明：

• 無反饋狀態(tài)：低頻增益達40dB（30MHz），但在520MHz驟降至13dB，滾降斜率-0.068dB/MHz

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• RC反饋引入后：

• 全頻段增益穩(wěn)定在15.5-17.3dB（波動<2dB）

• 低頻增益降低23dB，高頻增益提升2.3dB，實現(xiàn)帶寬擴展與增益均衡

2.3 阻抗特性變化

表1 輸入/輸出阻抗對比（200MHz）

狀態(tài)	輸入阻抗（Ω）	輸出阻抗（Ω）
無反饋	1.81-j0.95	4.56-j2.16
RC反饋	0.40+j0.56	0.81+j1.65

圖4阻抗曲線顯示：

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2.4 穩(wěn)定性改善

通過K-Δ穩(wěn)定性準則分析（圖5）：

• 無反饋狀態(tài)：

• K因子在300MHz附近接近臨界值1.0

• Δ參數(shù)在480MHz時達0.92，存在潛在振蕩風險

• RC反饋引入后：

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三、設(shè)計權(quán)衡與優(yōu)化策略

3.1 性能折衷關(guān)系

• 增益-帶寬積守恒：反饋網(wǎng)絡(luò)使增益降低約50%，但帶寬擴展4.3倍

• 噪聲系數(shù)劣化：典型值增加1.2-1.8dB，需在前級增加LNA補償

• 效率下降：附加元件引入約5%的直流功耗