導(dǎo)語：如何才能寫好一篇功率放大器，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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    關(guān)鍵詞:功率放大器,集成TDA2030A,OCL

    1引言

    功率放大器簡稱功放,可以說是各類音響器材中最大的一個(gè)家族了,其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進(jìn)行放大后,產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。

    2功率放大器的基本要求

    1)有足夠大的輸出功率

    2)效率要高

    3)非線性失真小

篇2

【關(guān)鍵詞】功率合成;LDMOS功率管;全固態(tài)發(fā)射機(jī)

機(jī)載電子設(shè)備發(fā)射機(jī)的性能與新技術(shù)、新材料、新器件和新工藝的的發(fā)展密切相關(guān)，隨著新技術(shù)、新材料、新器件和新工藝的發(fā)展和微波功率放大器性能的不斷完善，進(jìn)一步推動(dòng)了全固態(tài)發(fā)射機(jī)性能的提高，使機(jī)載電子設(shè)備發(fā)射機(jī)向著高性能和高可靠性方向發(fā)展。

全固態(tài)發(fā)射機(jī)由多個(gè)微波功率放大器直接合成，或在空間合成得到所需要的輸出功率，具有工作電壓低、可靠性高、維修性好、全壽命周期費(fèi)用低、機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在雷達(dá)、導(dǎo)航和電子對抗等領(lǐng)域。

1.金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管

場效應(yīng)晶體管FET的物理結(jié)構(gòu)是一個(gè)整片半導(dǎo)體材料，其電流通路受到外加電壓的作用時(shí)，只有一種載流子起導(dǎo)電作用，按柵極物理結(jié)構(gòu)不同可分為三種類型：結(jié)型場效應(yīng)晶體管JFET、金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MESFET和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET。MOSFET是在金屬和半導(dǎo)體之間加入了氧化物作為絕緣層， 金屬和半導(dǎo)體材料間有氧化層構(gòu)成電容，其下有導(dǎo)電溝道，分增強(qiáng)型和擴(kuò)散型。微波功率MOSFET

是電壓控制器件由珊極上的電壓來控制導(dǎo)電溝道寬度，因而具有大信號特性好、熱穩(wěn)定性好，允許大面積有源區(qū)組合;可不用鎮(zhèn)流技術(shù);當(dāng)穩(wěn)度上升時(shí)，漏極電流會(huì)減小等優(yōu)良特性。MOSFET與雙極晶體管相比具有更低的噪聲電平輸出。目前LDMOSFET器件的工作頻率已達(dá)4GHz，連續(xù)波輸出功率已超過200W。

2.L波段高功率放大器工作原理

設(shè)計(jì)高功率放大器一般按照以下幾個(gè)原則進(jìn)行;

（1）選擇合適的的晶體管。選擇晶體管的原則為工作頻率和輸出功率，晶體管的截止頻率不宜選的過高，高截止頻率意味安全值的降低。

（2）確定放大器級數(shù)，根據(jù)輸出功率和輸入功率信號的比值計(jì)算增益，合理分配各級放大器的增益，并保留一定的余量。

（3）設(shè)計(jì)阻抗變換電路，查出晶體管在給定的工作頻率，電源電壓以及輸出功率條件下的輸入和輸出阻抗，根據(jù)阻抗變換和諧波抑制的要求，設(shè)計(jì)輸入和輸出網(wǎng)絡(luò)。

（4）選擇合適的直流饋電電路。嚴(yán)格按照晶體管手冊中推薦的要求確定偏值，因?yàn)楫?dāng)工作改變時(shí)，晶體管的增益、阻抗都發(fā)生變化。

功率放大器的原理;一般分為小信號放大，激勵(lì)級，輸出級三部分。通常情況下功率放大器設(shè)計(jì)順序?yàn)椋合仍O(shè)計(jì)輸出級，其次激勵(lì)級，最后小信號放大。

3.L波段高功率放大器的設(shè)計(jì)

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

工作波段：L波段;輸出功率58dBm± 2dB;雜波抑制≥-60dBc;諧波抑制≥-35dBc;輸入功率0dBm。

3.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，采用三級放大方案;功率放大器有以下，三級放大器均為場效應(yīng)管，組成全固態(tài)放大器;調(diào)制放大器為A類小信號線形放大器，激勵(lì)放大器和輸出放大器均為AB類，目的提高功率和增加效率。放大器之間加隔離器或環(huán)行器，保證放大器輸入輸出駐波良好。由于單個(gè)功率管的輸出功率達(dá)不到指標(biāo)要求，輸出放大器采用功率合成技術(shù)以滿足輸出功率要求。

調(diào)制放大器和激勵(lì)放大器選用單片集成功率器件;其工作可靠，使用簡單。調(diào)制放大器選用HE160放大器，通過12V脈沖電源供電，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制和放大兩項(xiàng)功能，場效應(yīng)管增益為26dB，將信號源送來的0dBm載波信號放大為26dBm;激勵(lì)放大器將調(diào)制放大器送來的脈沖射頻信號進(jìn)行放大，采用NXP公司的功率管BLL6H0514-25，其增益為20dB，輸出功率25W。

輸出放大器提供最終的射頻輸出功率，因此它是功率放大器最重要的部分，設(shè)計(jì)難度很大;LDMOS管具有輸出功率高，熱穩(wěn)定型好，功率增益高，頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，因此采用NXP公司的LDMOS功率管BLA6H0912-DTS，技術(shù)指標(biāo)如下：工作頻率L波段;輸出功率500W，增益為17dB，抗失匹配能力強(qiáng)，可靠耐用。當(dāng)功率管選定后，影響帶寬和功率的主要因素就是外部電路，即輸入輸出匹配電路、饋電電路、功率分配器和功率合成器。詳敘如下：

（1）匹配電路。

匹配電路要使用雙共軛匹配法，匹配好壞的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：功率增益是否到位、頻率帶寬是否到位、輸出波形有無失真、高低溫功率增益變化大小。功率管的輸入和輸出阻抗很小，在寬頻帶內(nèi)很難匹配，生產(chǎn)廠商提供了經(jīng)過驗(yàn)證的匹配電路，可供參考。

（2）饋電電路。

通常有四種方式，如圖1所示;功率管的饋電電路包括柵極饋電和漏極饋電。

圖1 饋電電路

漏極起初采用λ/4波線的饋電方式，在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，在頻率的兩端功率和頻譜性能不能兼顧，易自激，故將饋電的微帶線從靠近匹配電路處割斷，而采用圖1c）所示的寬帶扼流圈進(jìn)行饋電，即用Ф0.8漆包線在10Ω的功率電阻上饒四圈并聯(lián)供電，以擴(kuò)展頻帶和防止低頻震蕩。整個(gè)頻段功率和頻譜性能均達(dá)到要求。

柵極采用λ/4波線的饋電方式，饋電源采用線形穩(wěn)壓器供電。為維持恒定的穩(wěn)態(tài)電流，柵極電壓須隨功率管結(jié)點(diǎn)溫度的變化進(jìn)行調(diào)整，三極管BC847為溫度感應(yīng)器，就近安裝在功率管旁邊;電阻單位為Ω;溫度在0℃～100℃變化時(shí)，Vgs=2.2V±0.7V。

（3）功率分配器和功率合成器

BLA6H0912-DTS輸出功率達(dá)500W，為滿足高低溫正常工作，高可靠性使用的目的。采用降額設(shè)計(jì)法，使每只功率管的輸出功率為350W，由于單個(gè)功率管的功率達(dá)不到要求，所以采用功率合成的方法得到的射頻脈沖功率為700W。功率分配器和功率合成器采用廣泛使用的Wilkinson二功分器。

4.測試結(jié)果

將各放大器和微波介質(zhì)基板用微封裝技術(shù)進(jìn)行組裝，功率管對接地要求很高，在裝配時(shí)散熱槽盡量保持平整，必要時(shí)用砂紙打磨，并在散熱槽內(nèi)涂敷導(dǎo)電膠，然后用螺釘將功率管緊固在散熱槽內(nèi)。在結(jié)構(gòu)上根據(jù)信號流向，三級放大器各放一個(gè)腔體內(nèi)，腔體之間通過微帶電容連接，電源通過穿芯電容供應(yīng);三個(gè)腔體加有蓋板以防泄露;實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小型化的功率放大器的制作。外型尺寸為280mmx150mmx30mm，重量為1.5Kg。

通過測試，功率放大器技術(shù)指標(biāo)如下：體積280x150x30mm3;輸出功率58dBm±2dB;雜波抑制≥65dBc;諧波抑制≥45dBc;達(dá)到或超過系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，滿足機(jī)載整機(jī)設(shè)備的要求。

5.結(jié)束語

文中介紹了L波段高功率放大器的設(shè)計(jì)原理和具體實(shí)現(xiàn)方法，該設(shè)計(jì)具有電路簡潔結(jié)構(gòu)緊湊工作可靠的特點(diǎn)，目前在某型機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備中得到了應(yīng)用，效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1]陳邦嬡.射頻通信電路[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

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關(guān)鍵詞：功放 非線性 功率回退 前饋

中圖分類號：TN722 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0001-01

功率放大器是現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的元件，現(xiàn)代通信系統(tǒng)趨向于使用線性調(diào)制方式，這就要求射頻系統(tǒng)具有很好的線性特性，因此，對功放的輸出進(jìn)行線性化成為現(xiàn)代通信中一個(gè)重要的課題。

功率放大器的非線性分析。

設(shè)功放的輸入與輸出關(guān)系如下：

（1）

式中，是輸入電壓的瞬時(shí)值，是輸出電壓的瞬時(shí)值。若該函數(shù)的各階導(dǎo)數(shù)都存在，可把上式進(jìn)行冪級數(shù)展開：

（2）

設(shè)，將其帶入上式可得：

（3）

設(shè)A=B且與很接進(jìn)，那么高階分量的幅度隨階數(shù)增加而迅速下降，可忽略其影響；、、和離通頻帶較遠(yuǎn)，可用濾波器濾除，而三階交調(diào)失真頻率和與基頻會(huì)很接近，難以用濾波器進(jìn)行濾除，這是設(shè)計(jì)功放時(shí)要重點(diǎn)考慮的問題。

（1）功放的線性化技術(shù)。

功放的線性化技術(shù)除功率回退技術(shù)外，可分為兩類，其一是獲取功放的非線性特性進(jìn)而來消除功放輸出信號中的非線性成分，如前饋技術(shù)；其二是給功放輸入恒定幅度的信號來避免功放的非線性失真，如EE&R技術(shù)。下面將分別闡述。

（2）功率回退技術(shù)。

功率回退技術(shù)是選用功率較大的管子讓其工作在小功率狀態(tài)。圖1是功放基波與三階交調(diào)特性曲線，當(dāng)Pin超過Pin（1dB）以后，繼續(xù)增加輸入功率，輸出功率雖然會(huì)略有增加，但三階交調(diào)會(huì)急劇惡化，Pin每增加1dB，IMD3就會(huì)惡化2 dB：而如果從Pin（1 dB）每回退1 dB，IMD3可以改善2 dB，但是當(dāng)功率回退到某種程度，繼續(xù)回退將不再改善功放的線性度。

1 這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)

效率低，常用于對線性度要求不高的場合。

（1）前饋技術(shù)。

如圖2所示，主功放輸出信號耦合到下支路，被放大的基波信號經(jīng)過衰減后跟經(jīng)過延遲的輸入信號時(shí)等幅、反相的，經(jīng)過疊加后獲得失真信號。失真信號在失真消除回路中被線性放大，經(jīng)過輸出耦合器和主功放輸出的失真信號進(jìn)行等幅、反相的疊加，從而消除了失真分量，只剩下被線性放大的信號。前饋系統(tǒng)可以很好的改善功放的非線性，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。

（2）EE&R技術(shù)。

其中輸入的中頻信號經(jīng)過包絡(luò)檢測器與限幅器，從而得到幅度形式與相位形式的信號。其中恒定包絡(luò)的信號經(jīng)過混頻器變頻為射頻信號，通過非線性射頻功放輸出。另一路中頻的包絡(luò)信號調(diào)制供給電壓信號，之后得到的調(diào)制信號用來控制功放。

綜上所述：單一的線性化技術(shù)總會(huì)存在一定的不足，在工程實(shí)踐中可以融合借鑒各種線性化技術(shù)，如前饋技術(shù)的信號消除環(huán)路中就經(jīng)常用到預(yù)失真技術(shù)，而預(yù)失真技術(shù)中也常常加入了反饋的思想。

2 結(jié)語

以上分析了功放的非線性特性，闡述了幾種常用的線性化技術(shù)：功率回退、前饋與EE&R技術(shù)，給出了各自的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，以便于射頻功放的設(shè)計(jì)者參考。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：射頻 功率放大器 電路設(shè)計(jì) 無線通信 設(shè)計(jì)

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0087-02

在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中，GaN高電子遷移率晶體管作為最新的半導(dǎo)體功率器件，由于其本身具有寬禁帶以及擊穿場強(qiáng)高、功率密度高等特征優(yōu)勢，在高頻以及高功率的功率器件中具有較為突出的適用性，在電子信息系統(tǒng)性能提升方面具有較為明顯和突出的作用優(yōu)勢，在無線通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。針對這一情況，本文在進(jìn)行射頻功率放大器及其電路的設(shè)計(jì)中，專門采用ADS仿真軟件對于射頻功率放大器及其電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析，并對于仿真設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的射頻功率放大器在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用和參數(shù)設(shè)置進(jìn)行分析論述，以提高射頻功率放大器的設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用。

1 射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)原理分析

結(jié)合功率放大器在無線通信系統(tǒng)中的功能作用以及對于無線通信技術(shù)的影響，在進(jìn)行射頻功率放大器的設(shè)計(jì)中，結(jié)合要進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的射頻功率放大器的工作頻帶以及輸出功率等特點(diǎn)要求，以滿足射頻功率放大器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用要求。在進(jìn)行本文中的射頻功率放大器設(shè)計(jì)中，主要通過分級設(shè)計(jì)與級聯(lián)設(shè)置的方式，首先進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級以及驅(qū)動(dòng)級設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，最終通過電路設(shè)計(jì)對于射頻功率放大器的兩個(gè)不同級進(jìn)行連接，以在無線通信中實(shí)現(xiàn)其作用功能的發(fā)揮，完成對于射頻功率放大器的設(shè)計(jì)。需要注意的是，在進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用GaN高電子遷移率晶體管進(jìn)行射頻功率放大器功率放大級結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在功率放大級結(jié)構(gòu)模塊的電路設(shè)計(jì)中，注重對于輸出功率保障的設(shè)計(jì)；其次，在進(jìn)行射頻功率放大器的驅(qū)動(dòng)級結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)中，以C波段的功率放大模塊設(shè)置為主，電路設(shè)計(jì)則以增益提升設(shè)計(jì)為主，并對于增益平坦度和輸出輸入駐波進(jìn)行保障。如圖1所示，即為射頻功率放大器的功率放大級模塊設(shè)計(jì)示意圖。

2 射頻功率放大器及其電路的設(shè)計(jì)分析

結(jié)合上述對于射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)原理分析，在進(jìn)行射頻功率放大器的設(shè)計(jì)中，主要包括射頻功率放大器的功率放大級設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)級水，此外，對于射頻功率放大器電路的設(shè)計(jì)，也需要結(jié)合兩個(gè)結(jié)構(gòu)模塊的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。

2.1 射頻功率放大器的功率放大級模塊設(shè)計(jì)

在進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級模塊設(shè)計(jì)中，主要采用GaN高電子遷移率晶體管進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，需要注意的是，在應(yīng)用GaN高電子遷移率晶體管進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，由于GaN高電子遷移率晶體管目前還不具有較大的信號模型，因此，在進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)中，注意結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選擇應(yīng)用。在進(jìn)行射頻功率放大器的功率放大級結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)中，通過直流偏置仿真設(shè)計(jì)對于氮化鎵管子的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行確定，也就是實(shí)現(xiàn)氮化鎵管子的漏極電流以及漏極偏置電壓、柵極偏置電壓等參數(shù)的確定，在對于上述氮化鎵管子靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行確定后，通過ADS仿真軟件實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)管直流的仿真設(shè)計(jì)，同時(shí)注意在仿真設(shè)計(jì)中進(jìn)行二端口模型的添加，并結(jié)合上述GaN高電子遷移率晶體管的信號模型情況，進(jìn)行S參數(shù)信號的編輯導(dǎo)入，同時(shí)進(jìn)行直流偏置仿真控件的加入，進(jìn)行相關(guān)數(shù)值的確定，以實(shí)現(xiàn)射頻功率放大器的功率放大級設(shè)計(jì)。

此外，在進(jìn)行射頻功率放大器功率放大級負(fù)載阻抗的設(shè)計(jì)中，根據(jù)相關(guān)理論，在負(fù)載阻抗與網(wǎng)絡(luò)匹配良好的情況下，負(fù)載阻抗的共軛復(fù)數(shù)與網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗值是相同的，因此，就可以通過計(jì)算對于射頻功率放大器功率放大級負(fù)載阻抗值進(jìn)行分析得出，實(shí)際上也就是它的共軛復(fù)數(shù)值。同時(shí)，在進(jìn)行功率放大級設(shè)計(jì)中，結(jié)合封裝參數(shù)輸出端的阻抗模型，設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)管輸出電路匹配的優(yōu)化，以為輸出電路進(jìn)行準(zhǔn)確的負(fù)載阻抗提供，還需要在設(shè)計(jì)過程中將場效應(yīng)管的封裝參數(shù)在輸出匹配電路中進(jìn)行設(shè)計(jì)體現(xiàn)，因此就需要對于Cds參數(shù)值進(jìn)行求取。

最后，在射頻功率放大器功率放大級設(shè)計(jì)中，偏置電路主要是用于將直流供電結(jié)構(gòu)模塊中所提供的電壓附加在功率放大器的柵極與漏極中，并實(shí)現(xiàn)射頻信號以及濾波的隔離和電路穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行功率放大級的電路設(shè)計(jì)中，注意使用ADS軟件工具對于微帶線尺寸進(jìn)行計(jì)算，病毒與全匹配電路進(jìn)行微帶線設(shè)計(jì)，同時(shí)通過柵極偏置電路與漏極饋電電路，以實(shí)現(xiàn)功率放大級的電路設(shè)計(jì)。此外，在進(jìn)行功率放大級模塊設(shè)計(jì)中，還應(yīng)注意對于模塊中的任意功率放大芯片，都需要進(jìn)行相關(guān)的穩(wěn)定性分析，以避免對于射頻功率放大器的作用性能產(chǎn)生影響。

2.2 射頻功率放大器的驅(qū)動(dòng)級模塊設(shè)計(jì)

在進(jìn)行射頻功率放大器的驅(qū)動(dòng)級模塊設(shè)計(jì)中，主要通過C波段功率放大模塊進(jìn)行該結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)用。其中，在對于驅(qū)動(dòng)級模塊的參數(shù)設(shè)置中，對于輸出、輸入?yún)?shù)均以內(nèi)匹配方式進(jìn)行匹配獲取。對于射頻功率放大器的驅(qū)動(dòng)級設(shè)計(jì)來講，進(jìn)行功率放大模塊偏置電路的合理設(shè)計(jì)，是該部分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。

最后，在進(jìn)行射頻功率放大器的電路設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行功率放大模塊電路設(shè)計(jì)中，GaN HEMT結(jié)構(gòu)部分需要進(jìn)行柵壓的增加設(shè)置，并且需要注意柵壓多為負(fù)壓，在此基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行漏壓增加設(shè)置。值得注意的是，在進(jìn)行射頻功率放大器的偏置電路設(shè)計(jì)斷開同時(shí)，對于柵壓和漏壓的斷開順序剛好相反，以避免對于功放管造成損壞。

3 結(jié)語

總之，射頻功率放大器作為無線通信技術(shù)領(lǐng)域的重要器件，對于無線通信技術(shù)的發(fā)展以及通信質(zhì)量提升都有重要作用和影響，進(jìn)行射頻功率放大器及其電路的設(shè)計(jì)分析，具有積極作用和價(jià)值意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈明，耿波，于沛玲.一種射頻大功率放大器電源偏置電路設(shè)計(jì)方法[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)，2006（1）.

篇5

【關(guān)鍵詞】高頻功率放大器；電子管；直通；反作用；中和；調(diào)整方法

1.前言

以真空電子管為核心放大器件的大功率高頻功率放大器，理論上電子管柵極電壓對陰極的控制作用，完全是通過柵極電壓所產(chǎn)生的電場對陰極發(fā)射出的電子加速作用而實(shí)現(xiàn)的，但實(shí)際上由于電子管極間電容的存在，尤其是板極和柵極之間的極間電容，使電子管的柵極回路和板極回路互相耦合，引起高頻功放電路直通和反作用的不良影響，從而引起高頻功放工作不穩(wěn)定。板柵極間電容對高頻功放電路的影響程度與放大器使用頻率有關(guān)。在長波發(fā)射機(jī)中，由于頻率低，板柵極間電容的影響可以忽略不計(jì)；對中波機(jī)來說就要考慮其影響，對于短波機(jī)特別是超短波發(fā)射機(jī)來說，不但要考慮極間電容的影響，還要考慮引線電感的影響，這主要是隨著工作頻率的升高，極間電容容抗會(huì)隨之變小，而引線電感的感抗會(huì)隨之產(chǎn)生且逐漸變大。所以，在實(shí)際工作中，必須采取有效的措施，采用中和電路的方式，消除電子管極間電容及線路引線等效電感對高頻功放的危害，使高頻功率放大器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.極間電容所產(chǎn)生的不良影響

2.1 直通作用

如圖1-1（a）所示為電子管共陰電路，電路中除有用的激勵(lì)電壓Ug和板極諧振回路外，還有元件結(jié)構(gòu)性引起的極間電容，板極和柵極之間的板柵極間電容Cag，板極和陰極之間的板陰極間電容Cak，柵極和陰極之間的柵陰極間電容Cgk等寄生參量。Cak、Cgk可分別合并為輸入和輸出回路，而Cag跨接在兩個(gè)回路之間，這樣激勵(lì)信號產(chǎn)生的高頻電流的一部分通過Cag直接送到了板極回路，在諧振回路兩端產(chǎn)生壓降，等效電路如圖1-1（b）所示，其工作頻率越高，則影響越大，這個(gè)現(xiàn)象就叫直通。

直通作用所造成的不良影響是，當(dāng)電子管的板極電流截止時(shí)，由于直通的存使激勵(lì)信號產(chǎn)生的高頻電流的一部分會(huì)通過Cag直接送到了板極回路，使板極回路的電流不能完全的截止，當(dāng)有調(diào)幅時(shí)，得不到100%的調(diào)幅，造成調(diào)幅信號的失真，同時(shí)也增加了激勵(lì)信號的功率消耗。

2.2 反作用

在探討電子管極間電容對高頻功放電路的反作用之前，首先對電子管高頻功率放大器典型的、被廣泛使用的電路形式進(jìn)行一下說明，電子管高頻功率放大器以電子管的陰極作為高頻公共點(diǎn)，信號被送到柵極和陰極之間，從板極和陰極之間輸出，以諧振回路作為負(fù)載，工作在丙類（效率高）狀態(tài)，具有較高功率增益，板極諧振回路形式多用并聯(lián)諧振回路。高頻功率放大器要實(shí)現(xiàn)最大功率值輸出，就是主要完成板極回路電容、電感的調(diào)諧，滿足其并聯(lián)諧振的條件。在回路諧振時(shí)，電路中的電壓、電流參量有如下特征：柵壓和板壓反相1800；板流直流分量和柵流直流分流量變化相反，板流直流分量最小與柵流直流分流量最大值應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)。

下面我們就探討電子管極間電容對高頻功放電路的反作用，反作用就是板極電流的一部分通過Cag反饋到本級柵極回路，引起輸入回路阻抗變化而失諧的影響。

如圖1-1（a）所示，反作用電流為，反作用電流對激勵(lì)電壓的影響可用導(dǎo)納來表示，即。由于在諧振時(shí)，柵極回路電壓與板極回路的相角差為零，故有。這說明反作用是輸入導(dǎo)納變成容性，輸入電容的數(shù)值為，它使放大器的輸入阻抗變化，且因起前級板極回路失諧，工作不穩(wěn)定。對于本級板流來說，因柵極失諧，使諧振時(shí)板流的最小值和柵流的最大值不同時(shí)出現(xiàn)。這就是電子管極間電容對高頻功放電路的反作用。

除了電子管極間電容，板極和柵極之間還會(huì)存在其他的雜散耦合，還有板極、柵極元件布局，各槽路間高電位和低電位之間，也都會(huì)產(chǎn)生類似極間電容那樣的寄生耦合。

3.消除極間電容不良影響的方法

電子管的極間電容，放大器各級和板、柵極之間產(chǎn)生寄生耦合，都會(huì)因直通和反作用影響高頻功率放大器的穩(wěn)定工作。而消除此不良影響的方法有以下幾種：

采取中和電路。就是在原電路中加入另外一個(gè)電路，其作用與Cag作用相反，以抵消其對電路所產(chǎn)生的影響。

選用隔離效果更好的四、五極是電子管。雖然Cag不大，但還是可能產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以也必須加中和電路。

采用倍頻法。由于倍頻器的柵極和板極回路的諧振頻率相差很遠(yuǎn)，因此，直通和反作用將大為減弱。但此法應(yīng)用有限，一般僅在激勵(lì)器中使用。

采用柵極接地電路，即柵地電路。在這種電路中，板柵極間電容不再是板極電路和柵極電路的主要耦合元件，耦合元件是板極和陰極之間的極間電容。因?yàn)闁诺仉娐返倪@個(gè)優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛應(yīng)用。但即使板陰極間電容很小，但在工作頻率很高時(shí)，有時(shí)還是需要針對板陰極間電容而加中和電路。

4.中和電路的調(diào)整

為了高頻功率放大器設(shè)備的安全，消除電子管極間電容及線路引線等效電感的危害，特別是大、中型的高功放發(fā)射機(jī)，在調(diào)試時(shí)，必須首先調(diào)整好中和電路后，然后才能加板壓，使高頻功率放大器工作。

在實(shí)際工作中，由于制造、安裝和電子管參量誤差等原因，實(shí)際的極間電容，中和電容，引線電感等數(shù)值，不可能是一個(gè)定值。因而中和元件一般都做成可以調(diào)整的，以便按照實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。一般的方法是，首先從消除直通開始，然后在消除反作用。

下面介紹幾種調(diào)整中和的方法。

4.1 柵流凹落中和法

調(diào)整時(shí)利用放大器本身的柵流表作為指示器，不加板壓，開啟燈絲，加適當(dāng)?shù)募?lì)電壓。觀察柵流表，調(diào)諧板極回路，若電路中中和不完善，則柵流表的變化如圖3-1。

原理：當(dāng)板極回路調(diào)諧到柵極激勵(lì)電壓頻率時(shí)，由直通效應(yīng)送到板極回路的功率最大，結(jié)果使前級板極回路（本級的柵極回路）的電壓最小，因而使激勵(lì)電壓減小。因?yàn)闁艠O電流與柵極激勵(lì)電壓成比例的，所以在調(diào)整板極回路時(shí)，有柵流凹陷，且在諧振點(diǎn)最小。

調(diào)整方法：調(diào)整中和電容，使柵流慢慢回升，同時(shí)必須保持前級回路處于諧振狀態(tài)，如此反復(fù)調(diào)整，直到完全消除直通。即在諧振點(diǎn)附近調(diào)整板極回路，柵流不再變動(dòng)。為什么要反復(fù)調(diào)整呢？因?yàn)橹泻碗娙莸囊?，其阻抗?gòu)成前級板極回路的一部分，因此在調(diào)整中和電容的同時(shí)，前級板極回路也就發(fā)生了失諧變化，所以在調(diào)整中和電容消除直通作用的同時(shí)，必須得同時(shí)調(diào)整前級板極回路的其它調(diào)諧元件，使前級始終處于諧振狀態(tài)，即調(diào)整前級板級回路，使柵流始終處于最大點(diǎn)。

4.2 觀測板極槽路電壓法

原理：理論上講在功率放大器電路中直通被抵消后，不加板壓的中和級功率放大器，板極槽路中應(yīng)該沒有高頻電壓存在。所以實(shí)際中可以用多種方法對這個(gè)高頻電壓進(jìn)行監(jiān)測，調(diào)整中和電容，使高頻電壓監(jiān)測指示最小，此時(shí)中和電容器值就是中和點(diǎn)，這樣就認(rèn)為中和被調(diào)好了。

方法：在功率放大器板極槽路兩端接示波器或高頻電壓表作為監(jiān)測儀器，加激勵(lì)電壓，燈絲電壓可加可不加，不加板壓。

先將中和電容減到最小，調(diào)諧板極槽路，使監(jiān)測有明顯的高頻電壓指示，再逐漸增加中和電容，觀測高頻電壓指示，直到高頻電壓指示最小。和上一方法一樣，當(dāng)中和電容的調(diào)整影響前級板極回路諧振時(shí)，必須反復(fù)調(diào)整前級板極回路調(diào)諧元件使其始終處于諧振狀態(tài)。

4.3 板柵流反向檢查法

按照上述兩種方法消除了直通現(xiàn)象以后，為更細(xì)致的檢查中和是否完善，應(yīng)進(jìn)一步檢查是否還存在反作用。

原理：理論上講，在中和良好的高頻功率放大器電路中，電子管板極回路處于諧振狀態(tài)，回路電壓達(dá)最大值，而電子管板壓為最小值，柵極電壓達(dá)最大值，故板流最小值和柵流最大值應(yīng)該同時(shí)出現(xiàn)如圖3-2。如果存在反作用，柵極的輸入阻抗將隨反作用電流而變化，使前級工作狀態(tài)發(fā)生變化，因此調(diào)諧板極回路時(shí)，板流最小值和柵流最大值不同時(shí)出現(xiàn)。

方法：功率放大器電路加上正常的板壓、柵壓和激勵(lì)電壓，在調(diào)諧點(diǎn)附近轉(zhuǎn)動(dòng)板極回路電容，同時(shí)觀察板流和柵流的情況，板流最小值和柵流最大值不同時(shí)出現(xiàn)，則應(yīng)重新調(diào)整中和電容，直到其兩者同時(shí)出現(xiàn)。

5.結(jié)束語

電子管由于其結(jié)構(gòu)性極間電容的存在，在以其為核心放大元件的高頻功率放大器中，必然產(chǎn)生著寄生耦合，引起放大器的不穩(wěn)定工作。引入中和電路，能有效的消除了極間電容造成的不良影響，從而使高頻功率放大器正常穩(wěn)定的工作。

參考文獻(xiàn)

[1]張肅文，陸兆熊.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2000，9.

[2]方建邦，寧帆，高立.通信電子電路基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，2000，5.

[3]張學(xué)田.廣播電視手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社， 2000，6.

篇6

關(guān)鍵詞:數(shù)字幅頻均衡 FIR濾波器 互補(bǔ)推挽放大器

中圖分類號: TQ153文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 03-083-02

1方案設(shè)計(jì)

1.1幅頻均衡算法的設(shè)計(jì)

采用線性濾波器。相對于自適應(yīng)濾波器而言,以無限沖擊響應(yīng)(IIR)和有限沖擊響應(yīng)(FIR)為代表的數(shù)字濾波器屬于經(jīng)典濾波器,它濾波的頻率是固定的,不隨時(shí)間變化。設(shè)計(jì)時(shí)需要知道輸入信號的特性,并據(jù)此設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù),確定幅頻均衡電路的輸出特性。有限沖激響應(yīng)FIR濾波器在整個(gè)頻率范圍內(nèi)均可提供精確的線性相位,而且總是可以獨(dú)立于濾波器的系數(shù)保持BIBO穩(wěn)定,因此將FIR濾波器作為設(shè)計(jì)首選。

1.2功率放大電路的設(shè)計(jì)

采用互補(bǔ)推挽放大電路?；パa(bǔ)推挽放大電路由兩個(gè)極性相反的MOS管組成,音頻輸入信號作用于兩管的基極。當(dāng)信號處于正半周時(shí),NMOS管工作在導(dǎo)通狀態(tài),輸出正半周信號,而PMOS管處于截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)信號變化到負(fù)半周后,原先導(dǎo)通的NMOS管截止,而原先截止的PMOS管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài),信號由PMOS管輸出。最后信號在負(fù)載上合并為一個(gè)完整周期波形。推挽電路的效率優(yōu)于70%,但是要求兩個(gè)MOS管放大性能相近,否則將出現(xiàn)明顯失真。

1.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)由前置信號放大電路、帶阻網(wǎng)絡(luò)、包含A/D、D/A和FPGA的幅頻均衡器和功率放大電路組成,其總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)工作時(shí),輸入信號首先由前置信號放大電路放大,再經(jīng)過帶阻網(wǎng)絡(luò)對固定頻點(diǎn)的信號進(jìn)行衰減,然后信號進(jìn)入幅頻均衡器,均衡器的A/D對模擬信號采樣,之后用FPGA對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理,實(shí)現(xiàn)幅頻均衡,最后由D/A將數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號。末級功率放大電路對輸出信號進(jìn)行功率放大,并輸出至負(fù)載。

2理論分析及參數(shù)計(jì)算

2.1前置放大電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算

前置放大電路要求在輸入信號vi的電壓有效值小于10mV時(shí),放大倍數(shù)不小于400倍。題目要求增益固定,因此直接采用OPA211和OPA604級聯(lián)放大。OPA211是TI公司的一款低噪聲( )、低功耗、精密運(yùn)算放大器,當(dāng)G=100時(shí),GBW=80MHz;OPA604是TI公司的一款低失真(0.0003% 在1kHz),低噪聲的運(yùn)算放大器,GBW=20MHz。OPA211構(gòu)成511倍前級同向放大器,OPA604構(gòu)成2倍放大電路,因此總增益為1022倍,輸出端接600 電阻,滿足輸出阻抗要求。經(jīng)測試,該電路在20Hz~20kHz范圍內(nèi)信噪比大于50dB,性能優(yōu)越。

2.2功率放大電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算

功率放大電路采用互補(bǔ)推挽的形式。前級運(yùn)放采用AD811,這是一款寬帶,低噪聲、低失真、高擺率的運(yùn)算放大器,用其隔離前后級電路,同時(shí)將信號放大2倍。并將AD811的輸出信號驅(qū)動(dòng)兩個(gè)極性相反的MOS管,當(dāng)信號正負(fù)變化時(shí),兩個(gè)MOS管輪流導(dǎo)通,最后輸出完整的波形。調(diào)整電位器的阻值,改變MOS管驅(qū)動(dòng)電壓和靜態(tài)工作點(diǎn),使輸出信號最佳。

3數(shù)字幅頻均衡電路的設(shè)計(jì)

數(shù)字幅頻均衡器將帶阻網(wǎng)絡(luò)的輸出信號量化采樣后,對數(shù)字信號進(jìn)行幅頻均衡,補(bǔ)償帶阻網(wǎng)絡(luò)的衰減,再將處理后的信號經(jīng)過D/A后轉(zhuǎn)為模擬信號,當(dāng)以10kHz輸出信號幅度為基準(zhǔn)時(shí),使20Hz~20kHz以內(nèi)的電壓波動(dòng)幅度小于.5dB。

數(shù)字幅頻均衡電路的核心器件為FPGA,并需要A/D,D/A對信號采樣和轉(zhuǎn)換。前級帶阻網(wǎng)絡(luò)的輸出信號波動(dòng)大于10dB,所以A/D的輸入范圍要大,位數(shù)盡量高,以滿足數(shù)字濾波器的精度要求。根據(jù)奈奎斯特定理,采樣率至少為40kHz,但采樣率太大會(huì)使數(shù)字濾波器的階數(shù)很高,所以實(shí)際采樣率設(shè)為100kHz,每周期至少采5個(gè)點(diǎn)。用LTC1606作為采樣A/D,該芯片是16-Bit,最大采用率為250ksps的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其電壓輸入范圍為0V,功耗只有75mW。D/A同樣要求位數(shù)盡量高,使重建后的波形逼近真實(shí)信號。且速度至少大于40ksps。

4數(shù)字處理算法的設(shè)計(jì)

記理想狀態(tài)下帶阻網(wǎng)絡(luò)(bandstop)的傳輸函數(shù)為 Hbs( )。實(shí)際的測量得到的帶阻網(wǎng)絡(luò)特性曲線H’bs( )如圖5,在10kHz時(shí)信號衰減為-9.8dB,在700Hz處衰減為-21.2dB,差值為11.4dB。但實(shí)際電路使用的元件并非理想值,參數(shù)的變化改變了帶阻網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性,使實(shí)際電路的幅頻特性 | H’bs( )|與理論值|Hbs( )|存在一定差距。

數(shù)字均衡器作為一種反向補(bǔ)償電路,它的頻率響應(yīng)與前級帶阻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性相反,補(bǔ)償后的頻率響應(yīng)穩(wěn)定不變,其頻率響應(yīng)Hbp( )實(shí)際上類似一個(gè)帶通網(wǎng)絡(luò)(bandpass),且滿足

| H’bs ( )||Hbp( )|=k(k為常數(shù),此處設(shè)k=1)(1)

當(dāng)|Hbp( )|滿足(1)式時(shí),就能保證帶阻網(wǎng)絡(luò)和幅頻均衡器組成的網(wǎng)絡(luò)在通帶范圍內(nèi)的幅頻曲線保持平坦,如圖1所示,幅頻均衡電路補(bǔ)償了帶阻網(wǎng)絡(luò)的衰減。

圖1帶阻網(wǎng)絡(luò)幅頻特性

但帶阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的傳輸函數(shù)H’sp(r)非理想值,無法用簡單的方程表示,所以在得到帶阻網(wǎng)絡(luò)幅頻曲線的部分抽樣點(diǎn)后,利用MATLAB,由|Hbp(r)|=1/| H’sp(r)|,得到均衡器幅頻特性Hbp(r)部分離散點(diǎn),如圖5所示,再使用MATLAB的曲線擬合工具箱cftool,就能得到近似的Hbp(r)曲線。

當(dāng)確定了幅頻均衡電路的幅頻特性曲線后,該曲線即為FIR濾波器的幅頻響應(yīng)。一般的FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為:

(3)

根據(jù)FPGA的資源與實(shí)際的幅頻特性,設(shè)計(jì)為1500階的FIR濾波器,該濾波器占用43個(gè)M4K單元,帶內(nèi)最大波動(dòng)小于為.25dB,現(xiàn)有的EP1C12Q240C8 FPGA的資源足夠。

使用MATLAB的firpm函數(shù)得到其系數(shù)。firpm函數(shù)采用Parks-McClellan算法來計(jì)算最優(yōu)濾波器的系數(shù)。 Parks-McClellan算法應(yīng)用切比雪夫定理和remez迭代算法,通過加權(quán)切比雪夫算法,設(shè)計(jì)FIR濾波器,并利用remez算法,使設(shè)計(jì)的濾波器與理想濾波器之間的加權(quán)誤差最小。該函數(shù)返回值為相應(yīng)的的最優(yōu)等波紋濾波器的系數(shù)。

由于A/D的有效位數(shù)為16Bit,所以FIR濾波器的系數(shù)也設(shè)置為16Bit,據(jù)此設(shè)計(jì)的乘累加寄存器共有33位,最高位為符號位。再將得到的系數(shù)代入FPGA沖激響應(yīng)h[n]中,并與輸入信號卷積即得到均衡后的信號。

5 系統(tǒng)總體電路和軟件的設(shè)計(jì)

前置信號放大電路采用OPA211和OPA604對輸入信號進(jìn)行固定增益放大,放大總增益為1022倍,電路的-1dB帶寬可達(dá)20Hz~20kHz,信噪比優(yōu)于50dB。帶阻網(wǎng)絡(luò)根據(jù)題目提供的電路搭建,在以10kHz輸出的正弦信號幅度為基準(zhǔn)時(shí),在700Hz的頻率點(diǎn)達(dá)到-11.4dB的最大衰減,超過了題目要求。數(shù)字幅頻均衡器由FPGA構(gòu)成的最小系統(tǒng)、A/D、D/A三部分組成。模數(shù)轉(zhuǎn)換器LTC1606采集到數(shù)字信號后,送入FPGA內(nèi)的幅頻均衡模塊進(jìn)行數(shù)字信號處理,其中,幅頻均衡模塊為一個(gè)1500階的FIR濾波器,時(shí)域信號在FPGA內(nèi)做卷積運(yùn)算,計(jì)算結(jié)果由數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC904再轉(zhuǎn)為模擬信號輸出,完成幅頻均衡功能。最后一級電路為功率放大模塊,該功率放大模塊采用互補(bǔ)推挽放大電路,使用運(yùn)放和外部分立的MOS驅(qū)動(dòng)管搭建,當(dāng)負(fù)載為8R電阻時(shí),效率為65%,輸出功率為13W。

參考文獻(xiàn):

[1]黃根春.電子設(shè)計(jì)教程[M].電子工業(yè)出版社,2007.

[2]夏宇聞.Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程[M].北京航空航天大學(xué)出 版社.

[3]馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)(第三版)[M].北京 航空航天大學(xué)出版社,2004.

篇7

內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

AD1990/92/94/96芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

AD1990/92/94和AD1996分別采用64引腳LFCSP和36引腳PSOP封裝，其中64引腳LFCSP封裝的引腳排列如圖2所示。

表1為AD1990/92/94/96的引腳功能。

主要性能與特點(diǎn)

AD1990/92/94/96采用低成本DMOS工藝制作，具有以下幾方面的性能與特點(diǎn)：（1）集成了帶有立體聲∑調(diào)制器的功率級，∑調(diào)制器接受1Vrms的輸入信號產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號去直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，功率級由4對MOSFET組成兩個(gè)H橋，每個(gè)MOSFET的導(dǎo)通態(tài)電阻RDS（ON）

應(yīng)用電路

AD1990/92/94/96在立體聲應(yīng)用中的電路如圖3所示。

左/右通道的模擬信號（峰值約為1.25V）分別從IC的AINL和AINR腳輸入。IC內(nèi)部放大器將輸入信號偏置到參考電平。

AD1990/92/94/96應(yīng)由256fs（fs為采樣率）的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。連接在腳CLKI與CLKO之間的晶體（XTAL）用作時(shí)鐘源。

為使IC正常工作并避免可能的閉鎖，應(yīng)該在腳和保持低電平時(shí)加電。一旦電源電壓穩(wěn)定，可以使腳為高電平，腳為高電平。

AD1990/92/94/96每個(gè)通道的輸出級是一個(gè)H橋電路，如圖4所示。

在H橋（即全橋）配置中，當(dāng)一個(gè)對角線上的兩只MOSFET導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)對角線上的兩只MOSFET截止。IC輸出腳（OUTx+和OUTx-）外部連接的肖特基二極管（D1、D2和D3、D4），用作減小高端和低端MOSFET之間非交疊（即死區(qū)）時(shí)間期間的功率損耗。

IC腳NFx+及NFx-上的電阻分壓器（R1與R2及R3與R4）用作設(shè)置芯片內(nèi)部調(diào)制器增益（Gain）,Gain=（R1+R2）/R2=(R3+R4)/R4。

調(diào)制器增益的選擇，應(yīng)保證在1Vrms的輸入信號下，輸出信號峰-峰值不超過0.9PVDD。

AD1990/92/94/96內(nèi)的PGA有4種不同的增益設(shè)置，具體數(shù)值如表2所列。

當(dāng)芯片結(jié)溫超過130℃時(shí)，在腳上輸出熱告警信號。當(dāng)芯片溫度達(dá)150℃以上時(shí)，芯片被關(guān)閉。如果結(jié)溫降至120℃以下，IC恢復(fù)正常工作。

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關(guān)鍵詞：固態(tài)功率放大器；電視發(fā)射機(jī)；維修

隨著電子科技技術(shù)和射頻半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，大功率場效應(yīng)管在制造技術(shù)的不斷突破，固態(tài)功率放大器技術(shù)不斷日趨完善和成熟。其具有性能、線性、結(jié)構(gòu)、供電，維護(hù)等方面具有明顯的優(yōu)勢，因此，固態(tài)功率放大器已成為當(dāng)今發(fā)射機(jī)為主的主流發(fā)射設(shè)備，在廣播、電視、通訊等相關(guān)發(fā)射領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

近年來，許多電視發(fā)射臺已完成全固態(tài)發(fā)射機(jī)替代電子管發(fā)射機(jī)的更新?lián)Q代工作。全固態(tài)發(fā)射機(jī)的廣泛使用，給發(fā)射設(shè)備的檢修與維護(hù)提出了新的要求。由于全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)功放單元和供電單元采用了積木化、冗余化設(shè)計(jì)，當(dāng)某個(gè)電源或功放出現(xiàn)故障時(shí)，其他功放仍能正常工作，不會(huì)造成停播；雙激勵(lì)器配置，可實(shí)現(xiàn)主/備激勵(lì)器的自動(dòng)和人工切換；狀態(tài)指示、故障告警保護(hù)功能完善，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，使得全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)已成為無線覆蓋工程的主導(dǎo)機(jī)型。這就決定了電視發(fā)射機(jī)的維護(hù)理念和維護(hù)方式發(fā)生了改變，使得發(fā)射機(jī)功率放大模塊成為發(fā)射機(jī)主要的維護(hù)對象。固態(tài)功放的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)隨著射頻半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，固態(tài)功放技術(shù)日趨成熟。與真空管放大器比較，固態(tài)放大器具有穩(wěn)定性好、可靠性高、壽命長、能耗低、維護(hù)便利等優(yōu)點(diǎn)。因此，固態(tài)放大器在電子傳輸領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并成為一種新的發(fā)展趨勢。固態(tài)高功率放大器通常由輸入單元、輸出單元、功放模塊、微處理器監(jiān)控系統(tǒng)、電源組件和冷卻系統(tǒng)等電路構(gòu)成。功率放大器的主要部件“功放模塊”則由多個(gè) LDMOS 或 VDMOS 場效應(yīng)管并聯(lián)組成， 該類場效應(yīng)管采用橫向或（縱向）擴(kuò)散金屬氧化半導(dǎo)體技術(shù)，屬電壓控制器件，熱穩(wěn)定性好，但熱傳導(dǎo)性差，擊穿電壓較低，因此輸出功率受到一定的限制，使用中為使功放獲得較大輸出功率，通常采用功率合成技術(shù)。由多個(gè)功放管進(jìn)行功率合成達(dá)到所需輸出功率、其中個(gè)別功放管的損壞，輸出功率會(huì)減少，但不影響放大器繼續(xù)工作。衡量一個(gè)高功率放大器的性能，主要有線性、非線性、增益、效率和可靠性等指標(biāo)。其中非線性將產(chǎn)生載波頻率的諧波，導(dǎo)致信道內(nèi)外出現(xiàn)互調(diào)干擾，引起信號畸變，因此，提高固態(tài)功放的線性尤為重要。固態(tài)高功放中采用的晶體管通常有三種形式，即雙極性晶體管、 MOSFET場效應(yīng)管和LDMOS場效應(yīng)管。雙極性晶體管技術(shù)相對成熟，但溫度穩(wěn)定性差， 難以承受數(shù)字電視廣播的高線性要求。MOSFET場效應(yīng)管具有負(fù)溫度系數(shù)特性，無須另加溫補(bǔ)電路，但易引發(fā)載波寄生相位調(diào)制。為求得效率和線性的平衡，晶體管通常工作在 AB 類， 其非線性是不可避免的。隨著電子科技技術(shù)和射頻半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，大功率場效應(yīng)管在制造技術(shù)的不斷突破，近年來，飛利浦等公司相繼開發(fā)出橫向擴(kuò)散金屬氧化半導(dǎo)體硅場效應(yīng)管（LDMOS） ，經(jīng) UHF 電視發(fā)射機(jī)使用證實(shí)，其線性和效率優(yōu)于雙極性晶體管、MOSFET 管，特別適合數(shù)字電視放大。即使被偏置在 AB 類，其性能仍接近 A 類放大特性，由于 LDMOS 場效應(yīng)管的優(yōu)異性能，使其成為 UHF 波段新型固態(tài)發(fā)射機(jī)的基礎(chǔ)。VHF 波段功放單元功放管一般采用 VDMOS 場效應(yīng)管 BLF278，UHF 波段功放單元采用橫向擴(kuò)散金屬氧化半導(dǎo)體硅場效應(yīng)管（LDMOS）BLF861A。

MOS 管的更換方法和注意事項(xiàng) ：

由于 MOS 型場效應(yīng)管制造工藝中絕緣層很薄，所以柵極和襯底易感應(yīng)電荷，由柵極、絕緣層和襯底組成的電容器容量很小，感應(yīng)電荷將在絕緣層上產(chǎn)生很大的電壓，易導(dǎo)致場效應(yīng)管絕緣層被擊穿，以致?lián)p壞管子，所以在使用、保存，更換 MOS 管時(shí)必須采取防靜電措施。因?yàn)榇蠊β?MOS 管目前仍是一種較昂貴的器件，每只管子的價(jià)格在一千元左右，因此，掌握大功率場效應(yīng)管的維護(hù)和更換，避免場 效應(yīng)管的人為損壞，對縮短維修時(shí)間，降低維護(hù)成本都有積極、現(xiàn)實(shí)的意義。

操作規(guī)程如下： （1）在焊接 MOS 管時(shí)必須在防靜電工作臺上進(jìn)行，操作人員應(yīng)通過接地將自身靜電放掉并帶橡膠手套或佩戴接地的金屬手環(huán)。（2）手拿 MOS 管時(shí)不得接觸 MOS 管的極片，可拿 MOS 管的陶瓷部分。（3）焊接 MOS 管的烙鐵一定要接地，如無良好接地，可以拔掉烙鐵電源插頭后進(jìn)行焊接。（4）拆卸 MOS 管時(shí)，先拆除固定螺釘，再用 50W 接地烙鐵或吸錫器吸掉極片周圍的焊錫，烙鐵與管極的接觸時(shí)間每次應(yīng)小于 5S。（5）拆卸和安裝時(shí)管腳的焊接順序?yàn)椋翰鹦稌r(shí)，按先 D（漏）極再 G（柵）極后 S（源）極順序焊開，安裝時(shí)按先 S 極再 G 極后 D 極順序焊接。（6）安裝 MOS 管前先用干酒精棉球擦干凈安裝面。在 MOS 管的法蘭底面加上薄薄一層導(dǎo)熱硅脂，以改善散熱效果。導(dǎo)熱硅脂不能多， 多了反而會(huì)降低散熱效果。管子放平整后，安裝緊固螺釘。（7）場效應(yīng)管更換焊接完成后，再用三用表測量管子的 GD 和 GS 極間電阻，確認(rèn)功放模塊上的兩對管子各極間阻值彼此接近，數(shù)值正常。至此 MOS 管更換基本成功，可以接到發(fā)射機(jī)上通電，試機(jī)時(shí)要逐漸加大功率，直至正常。4、大功率場效應(yīng)管好壞的判定 （1）在沒有專用檢測儀器的情況下，準(zhǔn)確判定較為困難，但是可以用電阻法對其各極對地電阻進(jìn)行測試， 并與正常值進(jìn)行比較來做大致的判斷，上機(jī)后再用電壓法做進(jìn)一步的判斷，就比較準(zhǔn)確了。如果測試可疑組件管腳對地電阻時(shí)，差值明顯，可將該器件拆下來檢查判斷其好壞。電阻法是維修工作的常用方法，只要根據(jù)檢測原理靈活運(yùn)用，許多故障是完全可以通過這種方式來判定清楚的。圖 1、圖 2 分別是 BLF861A 與 BLF278 的外形圖。表 1 列出了管腳與電極的對應(yīng)關(guān)系。（2）用 MF500-B 型萬用表測量電阻時(shí)，黑表筆接源極 S（地），紅表筆分別接各管腳，三用表置于 10Ω 檔，表2和表3列出來 BLF861A 與 BLF278 管的參考值。（3）值得指出的是：BLF861A 的漏極 1 與漏極 2 之間本身是短路的。不要誤以為它們之間短路了，就認(rèn)為管子已經(jīng)損壞了。BLF278 的漏極 1 與漏極 2 之間是開路的，它們之間短路了，則表明管子內(nèi)部已經(jīng)存在問題。通常情況下，用三用表測試場效應(yīng)管的柵極與源極之間的電阻為 0 時(shí)，該管的 G-S（柵源極間）極間內(nèi)部已擊穿。

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關(guān)鍵詞：Doherty; 二次諧波注入; 線性指標(biāo); 功率附加效率; 功率放大器

中圖分類號：TN722-34文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)01-0179-03

Doherty Power Amplifier Based on Second Harmonic Injection

ZENG Rong, ZHOU Jie

(Institute of Electronic Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China)

Abstract： The key problem that the traditional Doherty power amplifier's linearity index may turn to worse after efficiency improvement is analysed and discussed. A novel Doherty structure based on second harmonic injection (SHI) is presented. A Doherty power amplifier is designed based on ADS simulation model of GaN power device CGH21240. The efficiency of the amplifier is higher than 47% when the output power is more than 50 dBm. That is, the efficiency is increased by about 15% in comparison with the balance AB amplifier. The third order IMD is lower than -30 dBc when the output power is 53 dBm, and is increased by about 10dBc in comparison with the amplifier which has no SHI when the output power is 50dBm. The structure of this amplifier is simple. Both efficiency and linearity of the amplifier are improved at the same time.

Keywords： Doherty; second harmonic injection; linearity index; power added efficiency (PAE); power amplifier

0 引 言

射頻功率放大器廣泛用于各種無線發(fā)射設(shè)備中。效率和線性是功率放大器兩個(gè)最重要的指標(biāo)。設(shè)計(jì)線性高效率的功率放大器，是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。Doherty放大器是目前提高功率放大器效率中最有效和最廣泛使用的技術(shù)。該放大器能夠顯著地提高功率回退后的效率。但是，傳統(tǒng)的Doherty功放在效率和線性上無法同時(shí)兼顧,需要與專用的線性化技術(shù)相結(jié)合，以獲得盡量大的效率提高和線性改善。但是這些結(jié)構(gòu)難免比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)也比較困難。針對以上問題，提出了一種基于二次諧波注入的Doherty結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能。

1 Doherty功率放大器設(shè)計(jì)

關(guān)于Doherty的基本工作原理，在文獻(xiàn)［1］中有詳細(xì)描述。在具體實(shí)現(xiàn)Doherty結(jié)構(gòu)時(shí)，為了得到盡量大的效率改善，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)主要有［2-3］：

(1) 輔助功放的柵極偏置電壓。該電壓決定輔助功放的開啟門限，該開啟點(diǎn)也就是理論上效率第一次達(dá)到最大的點(diǎn)。

(2) 輸出端補(bǔ)償線。輔助功放在截止時(shí)，其輸出端應(yīng)該表現(xiàn)為開路，但實(shí)際由主功放通路看進(jìn)去的阻抗為一個(gè)低阻抗，這就導(dǎo)致主功放的輸出功率有一部分會(huì)泄漏到輔助功放的支路上，這會(huì)極大地惡化增益和效率［2］。因此，需要在輔助功放的輸出匹配電路后加一段特征阻抗為50 Ω的補(bǔ)償線，該補(bǔ)償線的作用是將輔助功放在截止時(shí)的輸出阻抗變換到一個(gè)高阻抗，以阻止主功放的輸出功率泄漏到該支路上。

本文設(shè)計(jì)的Doherty結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 二次諧波注入分析

為了分析Doherty放大器的非線性，需要對功放管進(jìn)行建模，這里采用多項(xiàng)式模型來分析。假設(shè)功放的非線性模型為：

y(t)=a1u(t)+a2u(t)2+a3u(t)3+…

(1)

式中:y(t)為輸出信號；u(t)為輸入信號；a為功放的非線性系數(shù)，該系數(shù)與柵極偏置電壓有很大關(guān)系。對于一般的有源器件，a2為正，a3在AB類偏置下為負(fù)，C類偏置下為正［1］。

圖1 Doherty放大器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

如果輸入一個(gè)等幅雙音信號：

u(t)=A(cos ω1t+cos ω2t)

式中:A為輸入幅度;ω1，ω2為雙音角頻率，ω1

y(t)=(a1A+94a3A3)cos ω1t+(a1A+94a3A3)cos ω2t+

a2A2cos(ω1t+ω2t)+a2A2cos(ω1t－ω2t)+

34a3A3cos(2ω1t－ω2t)+34a3A3cos(2ω2t－ω1t)+

34a3A3cos(2ω1t+ω2t)+34a3A3cos(2ω2t+ω1t)

(2)

從式(2)可以看出，系數(shù)a3對基頻增益和三階交調(diào)起主要作用。通常情況下，AB類功放的a3為負(fù)，C類功放的a3為正，因此存在AB類增益壓縮和C類增益擴(kuò)展的現(xiàn)象。三階交調(diào)分量與a3和輸入幅度A有關(guān)。в捎詎Doherty結(jié)構(gòu)中主功放和輔助功放分別工作在AB類和C類，因此二者的a3系數(shù)剛好相反。由此可知，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)钠秒妷汉洼斎牍β?，可以?shí)現(xiàn)三階交調(diào)在輸出端相消，從而改善線性。但是，偏置的改變會(huì)影響輔助功放的開啟門限，而輔助功放的開啟點(diǎn)對整個(gè)效率的提升起主要作用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，三階交調(diào)相消的偏置和最大效率改善時(shí)的偏置不一樣，這也就是說，僅僅靠改變偏置無法達(dá)到最優(yōu)的效果。因此，需要引入更多的可調(diào)節(jié)變量。為了解決上述問題，從文獻(xiàn)［4］中得到啟示，引入了二次諧波注入法。但是改善線性的原理同文獻(xiàn)中所描述的有所不同。

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【關(guān)鍵詞】功率放大器;光子帶隙結(jié)構(gòu);加窗技術(shù);諧波抑制

1.引言

微波晶體管功率放大器是微波中、小功率的主要固態(tài)源，應(yīng)用非常廣泛。但存在非線性失真的特點(diǎn)，當(dāng)功放工作在大信號狀態(tài)的非線性區(qū)域時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧波失真，并增大基波功率的損耗，所以提高功率放大器性能的有效方法就是抑制高次諧波[1，2]。由于功放中諧波能量主要集中在二次諧波上，因此只要抑制了二次諧波就能很好地提高功率放大器的性能。用于抑制放大器的二次諧波的典型方法是在輸出端加上一個(gè)四分之一基頻波長的短路短截線，或用芯片電容在禁帶處提供零傳輸來抑制高次諧波。這些方法的缺點(diǎn)是頻帶窄，且浪費(fèi)電路面積。近來人們提出用光子帶隙（PBG）結(jié)構(gòu)代替上述短路調(diào)諧分支，可在很寬的頻率范圍內(nèi)抑制高次諧波，提高整個(gè)放大器的性能和輸出功率，同時(shí)還能和其它微帶元件結(jié)合以減小電路結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)和制造更簡單。

PBG結(jié)構(gòu)是一種具有寬阻帶特性的周期微波結(jié)構(gòu)[5]。它能夠抑制一定頻率范圍內(nèi)的電磁波傳播，具有明顯的帶阻特性。目前人們在微帶電路和微波天線上已經(jīng)對PBG結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入廣泛的研究，且已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。并提出了多種多樣的PBG結(jié)構(gòu)。本文為了更好地通過抑制功率放大器的二次諧波分量來提高功率放大器的輸出特性，采用了漸變尺寸的PBG結(jié)構(gòu)模型，并用窗函數(shù)來加權(quán)處理開孔的尺寸大小，利用其通帶內(nèi)的平坦度好的優(yōu)點(diǎn)[6]來抑制二次諧波，這不僅可以減小對功放的基頻分量的影響，還提高了輸出功率和效率。

圖1

2.普通PBG結(jié)構(gòu)和等效電路分析

目前國內(nèi)外提出的微波頻段的PBG結(jié)構(gòu)多種多樣，但在微帶技術(shù)中應(yīng)用最廣的PBG結(jié)構(gòu)是Yongxi Qian于1998年提出的一種新型的微帶PBG結(jié)構(gòu)，它只需在接地金屬板上沿微帶線方向蝕刻出周期性排列的小孔可以獲得比挖介質(zhì)孔方法更深更寬的阻帶特性，同時(shí)還可以和單片電路結(jié)合而減小電路尺寸[7 ]。同時(shí)由于傳輸?shù)碾姶挪ㄖ饕窒拊趯?dǎo)帶附近，僅用一維電路方式就可以產(chǎn)生明顯的阻帶特性，所以可減小設(shè)計(jì)的橫向尺寸。本文采用的PBG結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 接地板開孔式普通PBG結(jié)構(gòu)

圖3 單元尺寸加窗技術(shù)

由于PBG結(jié)構(gòu)理論源于光學(xué)領(lǐng)域，所以PBG結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)光學(xué)原理來進(jìn)行，令其阻帶的中心頻率滿足Bragg條件即可：

2K=KBragg=2π/a （1）

式（1）中K為波導(dǎo)模的波數(shù)，a為PBG結(jié)構(gòu)的周期，所以由（1）式可以推導(dǎo)出：

λg=2a （2）

即PBG結(jié)構(gòu)的周期a近似為導(dǎo)行波波長λg的二分之一。其實(shí)PBG結(jié)構(gòu)微帶線上的導(dǎo)波波長需用全波法來計(jì)算，但很繁雜。有研究表明：對于PBG結(jié)構(gòu)單元對于周期單元較小的情況下，可以用普通的微帶線的導(dǎo)波波長近似代替應(yīng)用PBG結(jié)構(gòu)以后的導(dǎo)波波長。同時(shí)對于PBG結(jié)構(gòu)的電磁特性分析可依據(jù)集總參數(shù)的等效電路模型，將其等效為LC諧振回路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行估算。結(jié)構(gòu)中的金屬連接帶等效為電感L，空隙等效為電容C，其諧振頻率f0可以由以下公式近似求得：

f0=1/（2π（LC）1/2） （3）

所以選擇合適的結(jié)構(gòu)尺寸就可以將PBG的阻帶中心頻率f0設(shè)置在要抑制的功率放大器的二次諧波的頻率上。

3.加窗PBG結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)

普通的PBG結(jié)構(gòu)（如圖3所示）是一種周期性結(jié)構(gòu)。由（2）知微帶線阻帶的中心頻率f0點(diǎn)處的導(dǎo)波波長是PBG結(jié)構(gòu)周期a的兩倍，所以可以選擇PBG結(jié)構(gòu)參數(shù)a來設(shè)計(jì)PBG結(jié)構(gòu)，以獲得實(shí)際應(yīng)用中所需要的阻帶特性。由于普通的PBG結(jié)構(gòu)其電磁波經(jīng)介質(zhì)周期性的散射后，將造成其通帶內(nèi)有很多波紋起伏。為了更好地抑制功率放大器的諧波分量來提高功率放大器的輸出特性，采用了一種漸變尺寸的PBG結(jié)構(gòu)，該方法用窗函數(shù)來加權(quán)處理開孔的尺寸大小，便可減少通帶內(nèi)的波紋，同時(shí)也可獲得較寬的頻帶寬度和較深的阻帶抑制深度。

本文借助窗函數(shù)在數(shù)字信號處理中的作用，引入了窗函數(shù)加權(quán)處理開孔的尺寸使蝕刻的圓孔尺寸逐漸變化。通過選擇合適的加窗函數(shù)就可以有效地降低通帶內(nèi)波紋，本文分別采用了高斯加窗和海明加窗兩種PBG結(jié)構(gòu)（圖3）。根據(jù)需抑制的功率放大器的二次諧波頻率并參照公式（2），選擇微帶結(jié)構(gòu)的參數(shù)：結(jié)構(gòu)周期a為12mm，微帶基片的介電常數(shù)為2.94的ROGERS公司的RT/Duroid6002基板，厚度為0.762mm，微帶線的寬度對應(yīng)于一般電路使用的50Ω阻抗線，其線寬為1.9mm。

高斯窗R（x）=Rmaxexp（-2（2x/L）2） （4）

海明窗R（x）=Rmax（0.54+0.46cos（2πx/L））

（5）

（4）、（5）式中Rmax=4mm，x為各圓孔圓心離中心圓圓心間的距離，L為微帶線的長度

4.結(jié)論

本文通過對普通PBG結(jié)構(gòu)和加窗PBG結(jié)構(gòu)電磁特性和等效電路的分析，得出了用窗函數(shù)來加權(quán)處理開孔的尺寸大小，可以改善通帶的平坦度，抑制功率放大器的二次諧波，以減小對其基頻分量的影響，使整個(gè)功放的帶內(nèi)特性大大改善。

通過選擇合適的加窗函數(shù)可以有效地降低通帶內(nèi)波紋，同時(shí)可獲得較寬的頻帶寬度和較大的阻帶抑制幅度。文中仿真結(jié)果表明：高斯加窗的PBG結(jié)構(gòu)的頻帶特性明顯優(yōu)于海明窗的，由實(shí)測的結(jié)果可看出PBG結(jié)構(gòu)的阻帶的中心頻率在9GHz左右，與仿真的結(jié)果吻合。該方法也可以直接用來抑制一個(gè)C波段功率放大器的二次諧波，來提高功率放大器的輸出特性。

參考文獻(xiàn)

[1]Walker J L B.High-power GaAs FET amplifiers[M].Norwell，MA：Aretch house，1993：210-212.

[2]Cripps S C.RF power amplifiers for wireless communications[M].Norwell，MA：Aretch house，1999：88-90.