寬帶高頻功率放大器

1、5.4寬帶高頻功率放大器以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，因其相對通頻帶只有百分之幾甚至千分之幾， 因此又稱為窄帶高頻功率放大器。這種放大器比較適用于固定頻率或頻率變換范圍 較小的高頻設備，如專用的通訊機、微波激勵源等。除了LC諧振回路以外，常用于高頻功放電路負載還有普通變壓器和傳輸線變壓器兩類。這 種以非諧振網(wǎng)絡構(gòu)成的放大器能夠在很寬的波段內(nèi)工作且不需調(diào)諧，稱之為寬帶高 頻功率放大器。以高頻變壓器作為負載的功率放大器最高工作頻率可達幾百千赫至十幾兆赫，但當工作頻率更高時，由于線圈漏感和匝間分布電容的作用，其輸出功率將急 劇下將，這不符合高頻電路的要求，因此很少使用。以傳輸線變壓器作為負載

2、的功 率放大器，上限頻率可以達到幾百兆赫乃至上千兆赫，它特別適合要求頻率相對變 化范圍較大和要求迅速更換頻率的發(fā)射機，而且改變工作頻率時不需要對功放電路 重新調(diào)諧。本節(jié)重點分析傳輸線變壓器的工作原理，并介紹其主要應用。5.4.15.4.1傳輸線變壓器1 1傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理傳輸線變壓器是將傳輸線（雙絞線、帶狀線、或同軸線）繞在高導磁率鐵氧 體的磁環(huán)上構(gòu)成的。如圖 5-245-24（a a）所示為 1:11:1 傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。傳輸線變壓器是基于傳輸線原理和變壓器原理二者相結(jié)合而產(chǎn)生的一種耦合 兀件，它是以傳輸線方式和變壓器方式同時進行能量傳輸。對于輸入信號的高頻頻率分 量是

3、以傳輸線方式為主進行能量傳輸?shù)模粚τ谳斎胄盘柕牡皖l頻率分量是以變壓器 方式為主，頻率愈低，變壓器方式愈突出。如圖 5-245-24 (b)(b)為傳輸線方式的工作原理圖，圖中，信號電壓從1 1、3 3 端輸 入，經(jīng)傳輸線變壓器的傳輸，在 2 2、4 4 端將能量傳到負載上。如果信號的波長與傳輸線的長度相比擬，兩根導線固有的分布電感和相互間的 分布電容就構(gòu)成了傳輸線的分布參數(shù)等效電路，如圖5-245-24 (d)(d)所示。若認為分布參數(shù)為理想?yún)?shù)，信號源的功率全部被負載所吸收，而且信號的上限頻率將不受漏 感、分布電容及高導磁率磁芯的限制，可以達到很高。在以變壓器方式工作時，信號電壓從1 1、2

4、 2 端輸入，3 3、4 4 端輸出。如圖 5-245-24(c)(c)所示為變壓器方式的工作原理圖。由于輸入、輸出線圈長度相同，由圖 5-245-24(c c)可知，這是一個 1:11:1 的倒相變壓器。由上分析可見，傳輸線變壓器具有良好的寬頻帶特性。2 2傳輸線變壓器的應用上面我們對傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理做了分析和討論，下面介紹幾種 常用的傳輸線變壓器，按照變壓器的工作方式，傳輸線變壓器常用作極性變換，平 衡-不平衡變換和阻抗變換等。(1)極性變換團刃* 1:1仆 f .找住用馴射-枸立圖越尊效如 ft傳輸線變壓器作極性變換電路，就是前面提到的1:11:1 的倒相傳輸線變壓器，如圖

5、5-245-24 (c)(c)所示。在信號源的作用下，初級繞組 1 1、2 2 端有電壓,其極性 1 1 端為正，2 2 端為負；在的作用下，通過電磁感應，在變壓器次級3 3、4 4 端產(chǎn)生電壓，且，極性為 3 3 端為正，4 4 端為負。由于 3 3 端接地，所以負載電阻上的電壓與 3 3、4 4 端電壓的極性相反，即實現(xiàn)了倒相作用。(2) 平衡-不平衡變換如圖 4.264.26 是傳輸線用作平衡不平衡變換電路。圖5-255-25 (a a)為平衡輸入變換為不平衡輸出電路。輸入端兩個信號源的電壓和內(nèi)阻均相等，分別接在地線的兩 旁，稱這種接法為平衡。輸出端負載只是單端接地，稱為不平衡。圖5-2

6、55-25 (b b)為不平衡輸入變換為平衡輸出電路。(3) 阻抗變換為了使放大器阻抗匹配，傳輸線變壓器必須具有阻抗變換作用。由于傳輸線 變壓器的結(jié)構(gòu)的特殊性，它不能象普通變壓器那樣，依靠改變初、次級繞組的匝數(shù) 比可以實現(xiàn)任何阻抗比的變換，而只能完成某些特定阻抗比的變換，如4:14:1、9:19:1、16:116:1 等，或 1:1: 4 4、1:1: 9 9、1:1: 1616=4=4R而R0-n圖 5-25 零-不干愛快亀等。所謂 4:14:1，是指傳輸線變壓器的輸入電阻是負載電阻的四倍，即%/4，貝 U U 稱為 1:1: 4 4 的阻抗變換。圖 5-265-26（ a a）、（b b）

7、分別為 4:14:1 和 1:1: 4 4 的傳輸線變 壓器的阻抗變換電路，圖 5-265-26 （c c）、（d d）分別為與其相應的普通變壓器形式的等 效電路。下面簡要分析 4:14:1 阻抗變換原理。由圖 5-265-26 (a a)、(c)(c)可知，若負載電阻上 的電壓為U,流過的電流為 2 2I;則信號源的端電壓為 2 2U，流出的電流為I，信號源兩端的輸入阻抗以及傳輸線變壓器的特性阻抗分別為：(5-27(5-27)( (5-285-28)可見，輸入阻抗為負載的四倍，即實現(xiàn)了4:14:1 阻抗變換為了說明傳輸線變壓器在放大器中應用，圖5-275-27 給出了一個兩級寬帶高頻功率放大

8、器電路。其中和均為 4:14:1 阻抗變換傳輸線變壓器,串聯(lián)后作為第一級功放的輸出匹配網(wǎng)絡，總阻抗比為16:116:1 ;實現(xiàn)第一級功放的高輸出阻抗與第二級低輸入阻抗之間匹配；第二級功放輸出與負載天線（50501）采用 4:14:1 阻抗變換傳輸線變壓器，實現(xiàn)第二級功放輸出與負載天線之間的匹配。SW7 祈配童帶島町功辜麒怎嶇羸542542功率合成電路目前，由于技術(shù)上的原因，單個高頻晶體管的輸出功率一般只限于幾十瓦至 幾百瓦。當需要更大的輸出功率時，目前廣泛應用的方法就是采用功率合成電路。所謂功率合成電路，就是利用多個高頻晶體管同時對輸入信號進行放大，然 后將各功放輸出的功率在一個公共負載上相加

9、。如圖5-285-28 所示為常用的一種功率合成電路組成方框圖。圖中除信號源和負載外，還采用了兩種基本組件：一種是用三角形表示的晶 體管功率放大器；另一種是用菱形表示的功率分配與合成電路。其中的分配與合成電路，就是利用前面介紹的傳輸線變壓器構(gòu)成的混合網(wǎng)絡。圖中虛線方框中所示為功率合成器的基本組成單元。圖 5-295-29 為功率合成電路基本單元的一種線路，稱為同相合成器。圖中是功率分配網(wǎng)絡，它的作用是將信號源輸入的功率平均分配，供給A A、B B 端同相激勵功率。是功率合成網(wǎng)絡，它的作用是將晶體管輸出至A、B兩端同相功率合成供給負載。當、兩晶體管輸入電阻相等時，有，而心=2R*二 22 =4/1=4/1。正常工作時，兩管輸出電壓相同，且等于負載電壓，即，由于負載上的電流加倍，故負載上的功率是兩管輸出功率之和，即, ,此時平衡電阻上無損耗功率。圖 5-295-29 同相功率合成電路(a a)原理圖(b b)等效電路當兩個晶體管因各種因素造成輸出電壓變化而不平衡時，相當于圖5-295-29(b(b)等效電路中 和發(fā)生變化。根據(jù)傳輸線變壓器原理，由產(chǎn)生， 由產(chǎn)生， 變化不會引起的變化。當 =0 0 時，負載電流減半，功率則減小為原來的 1/41/4， 管輸圖5 3G反向功率合成IM踣出的另一半功率消