高頻電子線路第三章高頻功率放大器

1、 第第3章章 高頻功率放大器高頻功率放大器3.1 概述概述3.2 丙類諧振功率放大器丙類諧振功率放大器 3.2.1 工作原理工作原理 3.2.2 性能分析性能分析 3.2.3 直流饋電線路與網(wǎng)絡(luò)匹配直流饋電線路與網(wǎng)絡(luò)匹配3.3 寬帶高頻功率放大器與功率合成電路寬帶高頻功率放大器與功率合成電路思考思考思考思考1 1：高頻諧振功放和高頻小信號放大器的異同點？高頻諧振功放和高頻小信號放大器的異同點？思考思考2 2：高頻功放和低頻功放的異同點？高頻功放和低頻功放的異同點？相同點相同點： 1、頻率較高（高頻）；、頻率較高（高頻）； 2、負(fù)載都是諧振回路。、負(fù)載都是諧振回路。不同點不同點： 1、線性（、線

2、性（A類）和非線性類）和非線性（B類或類或C類）。類）。 2、小信號和大信號。、小信號和大信號。相同點相同點： 都是功率放大，追求的都是功率放大，追求的目標(biāo)都是高效、大功率。目標(biāo)都是高效、大功率。不同點不同點： 1、負(fù)載不同。、負(fù)載不同。 2、頻率（頻帶）不同。、頻率（頻帶）不同。3.1 概述概述1.什么叫功率放大電路？什么叫功率放大電路？(模擬電路模擬電路)l在實用電路中，往往要求放大電路的末級（即輸出級）在實用電路中，往往要求放大電路的末級（即輸出級）輸出一定功率，以驅(qū)動負(fù)載。能夠向負(fù)載提供足夠信號輸出一定功率，以驅(qū)動負(fù)載。能夠向負(fù)載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱功率的放

3、大電路稱為功率放大電路，簡稱。l功放功放實質(zhì)實質(zhì)上是一個上是一個能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器，把電源供給的直流能量，把電源供給的直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量。同時必然存在一定的能量損耗。轉(zhuǎn)化為交流能量。同時必然存在一定的能量損耗。l功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源（直流）電壓確定的情況下，大電流，而是追求在電源（直流）電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率輸出盡可能大的功率。l主要類型：甲類、乙類、甲乙類、丙類等。主要類型：甲類、乙類、甲乙類、丙類等。l主要指標(biāo)主要指標(biāo):2. 高頻（諧振）功率放大器高頻（諧振）功率放大器 功

4、能功能：放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足夠大的發(fā)射：放大高頻大信號使發(fā)射機末級獲得足夠大的發(fā)射功率。功率。 位置位置：發(fā)射機末端。：發(fā)射機末端。3. 高頻功率放大器的工作狀態(tài)：高頻功率放大器的工作狀態(tài)：l功率放大器一般分為功率放大器一般分為甲類甲類、乙類乙類、甲乙類甲乙類、丙類丙類等工作方式，等工作方式，為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了為了進(jìn)一步提高工作效率還提出了丁類丁類與與戊類戊類放大器。放大器。特點：特點： 1、負(fù)載是諧振回路；、負(fù)載是諧振回路； 2、工作在丙類；、工作在丙類； 3、輸入是大信號。、輸入是大信號。l高頻功率放大器通常工作于高頻功率放大器通常工作于丙類工作狀態(tài)丙類工作狀態(tài)，屬

5、于，屬于非線性電路。非線性電路。l 高頻功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號高頻功率放大器通常用來放大窄帶高頻信號,其其工作狀態(tài)通常選為工作狀態(tài)通常選為( c90 )，為了為了不失真的放大信號不失真的放大信號，它的負(fù)載必須是它的負(fù)載必須是l功率放大電路是大信號工作功率放大電路是大信號工作, 而在大信號工作時而在大信號工作時必須考慮晶體管的非線性特性。為簡化分析必須考慮晶體管的非線性特性。為簡化分析, 可可以將晶體管特性曲線理想化以將晶體管特性曲線理想化, 即用一條或幾條直即用一條或幾條直線組成折線來代替線組成折線來代替, 稱為稱為。 3.2 丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大電路3.2.1 工

6、作原理工作原理1.丙類諧振功率放大器的電路結(jié)構(gòu)丙類諧振功率放大器的電路結(jié)構(gòu)l晶體管的作用是在將供電電源的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康倪^程中起作用。l諧振回路LC是晶體管的負(fù)載。l電路工作在，。集電極電流集電極電流iC的分段表達(dá)式：的分段表達(dá)式： iC=g(uBE-Uon) uBEUon 0 uBEUon 如果將輸入信號在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況用對應(yīng)的導(dǎo)通角度如果將輸入信號在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況用對應(yīng)的導(dǎo)通角度 2來表示來表示, 則稱則稱為為，且，且 0180。 晶體管內(nèi)部特性晶體管內(nèi)部特性(也叫轉(zhuǎn)移特性也叫轉(zhuǎn)移特性)： iC=g(UBB+Ubmcost-Uon) iC(3.2.7)當(dāng)當(dāng)t=時時, i

7、C=0，可得到導(dǎo)通角計算式可得到導(dǎo)通角計算式: 當(dāng)當(dāng)t=0時時, iC=ICm，可得可得: 所以所以, 式式(3.2.7)可寫成可寫成:bmBBonUUU arccoscos1CmbmIgU(3.2.8)(3.2.9)coscoscos1 cosonBBCbmCmbmUUtigUtIU(3.2.10) 從集電極電流從集電極電流iC的表達(dá)式可以看出的表達(dá)式可以看出, 這是一個周期性的這是一個周期性的函數(shù)函數(shù), 因此可以用傅里葉級數(shù)展開因此可以用傅里葉級數(shù)展開, 即即 iC=IC0+Ic1mcost+Ic2mcos2t+Icnmcosnt+結(jié)論結(jié)論:l丙類諧振功率放大器電路結(jié)構(gòu)上跟高頻小信號放大器

8、非常丙類諧振功率放大器電路結(jié)構(gòu)上跟高頻小信號放大器非常相似，負(fù)載也是諧振回路；不同之處在于輸入回路的偏置相似，負(fù)載也是諧振回路；不同之處在于輸入回路的偏置電壓電壓UBB的的方向。方向。l丙類諧振功率放大器處于丙類丙類諧振功率放大器處于丙類(非線性非線性)工作狀態(tài)，放大器工作狀態(tài)，放大器輸出電流是輸出電流是。l由于集電極負(fù)載是并聯(lián)諧振回路由于集電極負(fù)載是并聯(lián)諧振回路(或其他形式的選頻網(wǎng)絡(luò)或其他形式的選頻網(wǎng)絡(luò))，如使并聯(lián)諧振回路諧振于基頻，如使并聯(lián)諧振回路諧振于基頻，2.丙類諧振功率放大器的丙類諧振功率放大器的功率功率和和效率效率l集電極電源集電極電源UCC提供的直流功率提供的直流功率l由于回路對

9、于基頻諧振，呈純阻由于回路對于基頻諧振，呈純阻R(回路等效總電阻回路等效總電阻)狀態(tài)，狀態(tài)，對于其他諧波的阻抗很小，因此只有對于其他諧波的阻抗很小，因此只有和和才能產(chǎn)生輸出功率才能產(chǎn)生輸出功率:0DCCCPUI2211111122222c mcmcmoc mcmc mIUUPIUIRRl集電極效率集電極效率l集電極功耗集電極功耗結(jié)論：結(jié)論：l如果要增大輸出功率如果要增大輸出功率, 在回路等效總電阻不變的情況下在回路等效總電阻不變的情況下, 需增大需增大Ic1m，當(dāng)器件確定時當(dāng)器件確定時, 就是要增大輸入信號振幅就是要增大輸入信號振幅Ubm。l如果要提高效率如果要提高效率, 需增大需增大Ic1m

10、或減小或減小IC0。l減小減小IC0即減小集電極平均電流即減小集電極平均電流, 通過通過降低靜態(tài)工作點降低靜態(tài)工作點可可以實現(xiàn)。以實現(xiàn)。 1012oc mcmcDCCCPIUPI UCDoPPP3.2.2 3.2.2 性能分析（外特性）性能分析（外特性） 若丙類諧振功放的輸入是振幅為若丙類諧振功放的輸入是振幅為 Ubm的單頻余弦信號，那么的單頻余弦信號，那么輸出單頻余弦信號的振幅輸出單頻余弦信號的振幅 Ucm與與 Ubm 有什么關(guān)系有什么關(guān)系? Ucm 的大小受的大小受哪些參數(shù)影響？哪些參數(shù)影響？圖圖3.2.5 折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性分析折線化轉(zhuǎn)移特性和輸出特性分析iC斜率 gUBB00Ub

11、mtuBEuBEiCICm0tiCA0CBD斜率 gdUCCuCEQuCE0tUcm放大區(qū)內(nèi)放大區(qū)內(nèi)動態(tài)線動態(tài)線AB的表達(dá)式可用以下步驟求出。的表達(dá)式可用以下步驟求出。由式（由式（3.2.1）和（）和（3.2.2）可以寫出：）可以寫出：cmCECCbmBBBEUuUUUu代入式（代入式（3.2.63.2.6），經(jīng)過整理可得到），經(jīng)過整理可得到動態(tài)線表達(dá)式動態(tài)線表達(dá)式：)(0UugiCEdC其中其中cmbmdUUgg bmcmoncmBBbmCCUUUUUUUU0RgRdd)cos1)(11)cos1 (cmCmdUIg)(11CmmcIImccmIUR1由圖（由圖（3.2.53.2.5）可以寫

12、出斜率值）可以寫出斜率值g gd d的另一種形式：的另一種形式：因為因為所以所以1 1、負(fù)載特性、負(fù)載特性l若若UBB、UCC和和Ubm三個參數(shù)固定三個參數(shù)固定, R發(fā)生變化發(fā)生變化, 動態(tài)動態(tài)線、線、Ucm以及以及Po、c等性能指標(biāo)會有什么變化呢等性能指標(biāo)會有什么變化呢?這這就是諧振功放的負(fù)載特性。就是諧振功放的負(fù)載特性。 l 由圖由圖3.2.6可知可知, UBB和和UCC固定意味著固定意味著Q點點固定固定, Ubm固定進(jìn)一步意味著固定進(jìn)一步意味著也固定。根據(jù)式也固定。根據(jù)式(3.2.14), 放大區(qū)放大區(qū)動態(tài)線斜率動態(tài)線斜率1/ Rd將僅隨將僅隨R而變化。圖中給出了三種而變化。圖中給出了三

13、種不同斜率情況下的動態(tài)線。不同斜率情況下的動態(tài)線。 iC0tiCA2A1A30B1B2B3UCCuCEQ0Ucm1Ucm2Ucm3tuCE0UBBuBEtUbm圖圖 3.2.6 三種不同斜率情況下的動態(tài)線及波形分析三種不同斜率情況下的動態(tài)線及波形分析R有小變大,斜率由大到小R由由小小變變大大,而斜率則由大變小而斜率則由大變小小小大大圖3.2.7 諧振功放負(fù)載特性曲線2、放大特性（振幅特性）圖圖3.2.8 放大特性分析放大特性分析iC0uBEuBEUbmtiC0欠 壓 臨 界 過 壓t0欠 壓 臨 界 過 壓UcmIclmIC0Ubm(a)(b)(a)(b)3、調(diào)制特性基極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性

14、（如圖所示）iC過壓032臨界欠壓tiC0UCC3UCC2UCC1Q3Q2Q1uCEmin(a )(b )0過 壓臨 界欠 壓UCCUcmIclmIC01uCE圖圖3.2.10 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性工作在過壓狀態(tài)iC過壓032臨界欠壓tiC0UCC3UCC2UCC1Q3Q2Q1uCEmin(a )(b )0過 壓臨 界欠 壓UCCUcmIclmIC01uCE 圖圖3.2.10 集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性 4、結(jié)論 根據(jù)以上對丙類諧振功放的性能分析，可得到以下幾點結(jié)論：根據(jù)以上對丙類諧振功放的性能分析，可得到以下幾點結(jié)論： （1 1）若對）若對等幅信號等幅信號進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作

15、在進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在臨界臨界狀狀態(tài)，此時輸出功率最大，效率也接近最大。比如對第七章將介紹態(tài)，此時輸出功率最大，效率也接近最大。比如對第七章將介紹的調(diào)頻信號進(jìn)行功率放大。的調(diào)頻信號進(jìn)行功率放大。 （2 2）若對）若對非等幅信號非等幅信號進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在進(jìn)行功率放大，應(yīng)使功放工作在欠壓欠壓狀態(tài)，但線性較差。若采用甲類或乙類工作，則線性較好。比如狀態(tài)，但線性較差。若采用甲類或乙類工作，則線性較好。比如對第六章將介紹的調(diào)幅信號進(jìn)行功率放大。對第六章將介紹的調(diào)幅信號進(jìn)行功率放大。 （3 3）丙類諧振功放在進(jìn)行功率放大的同時，也可進(jìn)行振幅）丙類諧振功放在進(jìn)行功率放大的同時，也可進(jìn)行振

16、幅調(diào)制。若調(diào)制。若調(diào)制信號加在基極偏壓調(diào)制信號加在基極偏壓上，功放應(yīng)工作在上，功放應(yīng)工作在欠壓欠壓狀態(tài)；若狀態(tài)；若調(diào)制信號加在集電極電壓調(diào)制信號加在集電極電壓上，功放應(yīng)工作在上，功放應(yīng)工作在過壓過壓狀態(tài)。狀態(tài)。 （4 4）回路等效電阻）回路等效電阻R R直接影響功放在欠壓區(qū)內(nèi)的動態(tài)線斜直接影響功放在欠壓區(qū)內(nèi)的動態(tài)線斜率，對功放的各項性能指標(biāo)關(guān)系很大，在分析和設(shè)計功放時應(yīng)重率，對功放的各項性能指標(biāo)關(guān)系很大，在分析和設(shè)計功放時應(yīng)重視負(fù)載特性。視負(fù)載特性。例例3.2 某高頻功放工作在臨界狀態(tài)，已知某高頻功放工作在臨界狀態(tài)，已知 UCC=18V，gcr=0.6S，=60，R=100，求輸出功率，求輸出

17、功率Po直流功率直流功率PD和和集電極效率集電極效率。由圖3.2.6可以寫出以下關(guān)系式：解：由式（3.2.14）可求得：19100)60cos1)(60(1dR所以191dg)cos1 ()(cmdcmCCcrCmUgUUgI故crdCCcrcmggUgU)cos1 (所以AggVgVgIcrdCCcrCCcrCm45. 0)cos1 (WRIPCmo46. 110038. 045. 021)(2122212WVIPCCCmD78. 11822. 045. 0)(01.4682%1.78ocDPP例例3.33.2.3 直流饋電線路與匹配網(wǎng)絡(luò)直流饋電線路與匹配網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成實際的高頻功放電路必須構(gòu)成實

18、際的高頻功放電路必須遵循的原則遵循的原則： 1 1、保證回路電壓關(guān)系，、保證回路電壓關(guān)系，ub、uc不能被短路或開不能被短路或開路。路。 2 2、正確的使用阻隔元件；、正確的使用阻隔元件； 3 3、電源一端接地，交流不能通過直流電源。、電源一端接地，交流不能通過直流電源。(1)集電極饋電線路集電極饋電線路 思考：思考：為什么原理圖不能作為實際線路？有什么問題？為什么原理圖不能作為實際線路？有什么問題？集電極饋電線路的兩種基本形式集電極饋電線路的兩種基本形式:l高頻扼流圈高頻扼流圈Lc和高頻短路電容和高頻短路電容Cc、Cc1、Cc2的作用在的作用在于于阻止高次諧波流過直流電源并為其提供短路通道阻

19、止高次諧波流過直流電源并為其提供短路通道, 以免高次諧波影響直流電源的穩(wěn)壓性能。以免高次諧波影響直流電源的穩(wěn)壓性能。l串聯(lián)饋電方式的優(yōu)點是串聯(lián)饋電方式的優(yōu)點是Lc和和Cc處于處于, 它們它們對地的分布電容不會影響回路的諧振頻率對地的分布電容不會影響回路的諧振頻率, 缺點是缺點是不能直接接地不能直接接地, 安裝調(diào)整不方便。安裝調(diào)整不方便。l并聯(lián)饋電方式的優(yōu)缺點正好相反。并聯(lián)饋電方式的優(yōu)缺點正好相反。Lc和和Cc1對地的分布對地的分布電容直接影響回路的諧振頻率電容直接影響回路的諧振頻率, 但回路處于但回路處于, L、C元件可接地元件可接地, 故安裝調(diào)整方便。故安裝調(diào)整方便。 (2) 基極饋電線路基

20、極饋電線路l基極饋電也有串饋與并饋兩種形式基極饋電也有串饋與并饋兩種形式, 但對于丙類諧振功放但對于丙類諧振功放, 通常采用通常采用。l下圖給出了幾種基極饋電線路下圖給出了幾種基極饋電線路, 均為均為。 2 .匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)l為了使諧振功放的輸入端能夠從信號源或前級功放得到有效為了使諧振功放的輸入端能夠從信號源或前級功放得到有效的功率的功率, 輸出端能夠向負(fù)載輸出不失真的最大功率或滿足后級輸出端能夠向負(fù)載輸出不失真的最大功率或滿足后級功放的要求功放的要求,在諧振功放的輸入和輸出端必須加上匹配網(wǎng)絡(luò)。在諧振功放的輸入和輸出端必須加上匹配網(wǎng)絡(luò)。l匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是在所要求的信號頻帶內(nèi)進(jìn)行有效的阻抗變

21、匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是在所要求的信號頻帶內(nèi)進(jìn)行有效的阻抗變換換, 并充分濾除無用的雜散信號并充分濾除無用的雜散信號實質(zhì)作用是實質(zhì)作用是。 l第第1章已介紹了幾種基本章已介紹了幾種基本LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)選頻匹配網(wǎng)絡(luò)(倒倒L型、型、T型、型、型型), 具體應(yīng)用時為了產(chǎn)生良好的選頻匹配效果具體應(yīng)用時為了產(chǎn)生良好的選頻匹配效果, 常采用常采用的方式。的方式。l為了衡量輸出匹配網(wǎng)絡(luò)上的功率損耗，可以定義為了衡量輸出匹配網(wǎng)絡(luò)上的功率損耗，可以定義為：為： 其中，其中，PL、Po分別是負(fù)載上得到的功率和功放的輸出功率分別是負(fù)載上得到的功率和功放的輸出功率/nLOPPC1R1 RsC2R2V1R3 R1C3C4L1L

22、2R4V2R5 R2C5L3C6Rs 50 (前 級 輸 出 電 阻 )C7C8C9C10UCCRL 50 例例3.4 分析圖例分析圖例3.4所示工作頻率為所示工作頻率為175 MHz的兩級諧的兩級諧振功率放大電路的組成。振功率放大電路的組成。 l電路中的四個高扼圈電路中的四個高扼圈, 其中兩個作為基極直流偏置的組其中兩個作為基極直流偏置的組成元件成元件, 另外兩個在集電極另外兩個在集電極電路中對電路中對iC中的各次諧中的各次諧波分量起阻擋作用波分量起阻擋作用, 并為集電極直流電源提供通路。并為集電極直流電源提供通路。l高頻旁路電容高頻旁路電容C7和和C9、穿心電容、穿心電容C8和和C10使高

23、次諧波分使高次諧波分量短路接地。量短路接地。l一般來說一般來說, 在在400MHz以下的甚高頻以下的甚高頻(VHF)段段, 匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)通常采用第通常采用第1章介紹的集總參數(shù)章介紹的集總參數(shù)LC元件組成元件組成, 而在而在400MHz以上的超高頻以上的超高頻(UHF)段段, 則需使用分布參數(shù)的則需使用分布參數(shù)的組成匹配網(wǎng)絡(luò)組成匹配網(wǎng)絡(luò), 或使用微帶線和或使用微帶線和LC元件混合組成。元件混合組成。l微帶線又稱微帶線又稱, 是用介質(zhì)材料把單根帶狀是用介質(zhì)材料把單根帶狀導(dǎo)體與接地金屬板隔離而導(dǎo)體與接地金屬板隔離而構(gòu)成的構(gòu)成的, 右圖給出了結(jié)構(gòu)右圖給出了結(jié)構(gòu)示意圖和符號。示意圖和符號。l微帶線的

24、電性能微帶線的電性能, 如特性如特性阻抗、阻抗、 帶內(nèi)波長、帶內(nèi)波長、 損耗損耗和功率容量等和功率容量等, 與絕緣基與絕緣基板的介電系數(shù)、板的介電系數(shù)、 基板厚度基板厚度H和帶狀導(dǎo)體寬度和帶狀導(dǎo)體寬度W有關(guān)。有關(guān)。l實際使用時實際使用時, 微帶線是微帶線是采采用雙面敷銅板用雙面敷銅板, 在上面作在上面作出各種圖形出各種圖形, 構(gòu)成構(gòu)成電感電感、 電容電容等各種微帶元件等各種微帶元件, 從從而組成諧振電路、而組成諧振電路、 濾波器濾波器以及阻抗變換器等的以及阻抗變換器等的。W薄 銅 帶絕 緣 基 板(相 對 介 電 系 數(shù) 為 C1)H銅 底 層3.3 寬帶高頻功率放大電路寬帶高頻功率放大電路l

25、現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢之一是在寬波段范圍能采用自動調(diào)諧現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢之一是在寬波段范圍能采用自動調(diào)諧技術(shù)，以便于轉(zhuǎn)換工作頻率。技術(shù)，以便于轉(zhuǎn)換工作頻率。l為了滿足上述要求，可以在發(fā)射機的中間各級采用為了滿足上述要求，可以在發(fā)射機的中間各級采用，一般，一般采用采用非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)作為其匹配網(wǎng)作為其匹配網(wǎng)絡(luò)絡(luò), 能在很寬的頻帶范圍內(nèi)獲得線性放大能在很寬的頻帶范圍內(nèi)獲得線性放大。l此處此處“非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)”是個什么東東？（本節(jié)課的是個什么東東？（本節(jié)課的重點重點） 非調(diào)諧非調(diào)諧區(qū)別于區(qū)別于“丙類諧振功放丙類諧振功放”的諧振回路負(fù)載的諧振回路負(fù)載 寬帶網(wǎng)絡(luò)寬帶網(wǎng)絡(luò) ？非調(diào)諧寬

26、帶網(wǎng)絡(luò)非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸線變壓器傳輸線變壓器l低頻功放負(fù)載經(jīng)常是一個變壓器，以構(gòu)成匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)低頻功放負(fù)載經(jīng)常是一個變壓器，以構(gòu)成匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)阻抗變換。阻抗變換。l普通變壓器普通變壓器依靠鐵芯中的公共磁通將初級線圈依靠鐵芯中的公共磁通將初級線圈N1的能量的能量傳輸?shù)酱渭壘€圈傳輸?shù)酱渭壘€圈N2中。中。l對于對于理想變壓器理想變壓器來說，應(yīng)該對所有頻率的能量都能同樣來說，應(yīng)該對所有頻率的能量都能同樣傳輸過去，即頻帶應(yīng)無限寬。傳輸過去，即頻帶應(yīng)無限寬。先認(rèn)識低頻先認(rèn)識低頻變壓器變壓器l但實際上其頻率特性如圖所示：但實際上其頻率特性如圖所示：l在低頻段，因為初級電感不可能無窮大（這是理想變壓器在低頻段

27、，因為初級電感不可能無窮大（這是理想變壓器的條件），因而頻率響應(yīng)有所下降。的條件），因而頻率響應(yīng)有所下降。l在高頻段，由于在高頻段，由于與線圈漏電感的影響，在某一頻與線圈漏電感的影響，在某一頻率可能產(chǎn)生串聯(lián)諧振，頻率響應(yīng)出現(xiàn)峰值；然后隨頻率的率可能產(chǎn)生串聯(lián)諧振，頻率響應(yīng)出現(xiàn)峰值；然后隨頻率的升高，其輸出電壓因升高，其輸出電壓因的旁路作用而迅速下降。的旁路作用而迅速下降。即即普通的變壓器繞組間的普通的變壓器繞組間的是限制它的工作上限頻率是限制它的工作上限頻率的主要因素的主要因素。l因此，普通鐵芯變壓器不能用來構(gòu)成因此，普通鐵芯變壓器不能用來構(gòu)成“非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)”。3.3.1傳輸線變

28、壓器傳輸線變壓器l現(xiàn)代通信電路中常用的現(xiàn)代通信電路中常用的“非調(diào)諧寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)非調(diào)諧寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)”是是, 它可使功放的最高頻率擴展到幾百兆赫甚至上千它可使功放的最高頻率擴展到幾百兆赫甚至上千兆赫兆赫, 并能同時覆蓋幾個倍頻程的頻帶寬度。并能同時覆蓋幾個倍頻程的頻帶寬度。l即即“非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)非調(diào)諧寬帶網(wǎng)絡(luò)”是這么一個東東：是這么一個東東： 傳輸線變壓器是基于傳輸線變壓器是基于傳輸線原理和變壓器原理二者相傳輸線原理和變壓器原理二者相結(jié)合結(jié)合而產(chǎn)生的一種耦合元件。它是將傳輸線而產(chǎn)生的一種耦合元件。它是將傳輸線(雙絞線、帶雙絞線、帶狀線或同軸線等狀線或同軸線等)繞在繞在高導(dǎo)磁率的高頻磁芯高導(dǎo)磁率的高

29、頻磁芯上構(gòu)成的。上構(gòu)成的。l1.寬頻帶特性寬頻帶特性 利用下圖所示一種簡單的利用下圖所示一種簡單的1 1傳輸線變壓器傳輸線變壓器, 可以說明這可以說明這種特殊變壓器能同時擴展上、下限頻率的原理。種特殊變壓器能同時擴展上、下限頻率的原理。 l在低頻時在低頻時,變壓器模式起主要作用變壓器模式起主要作用,初次級線圈之間的能量初次級線圈之間的能量傳輸主要依靠線圈的耦合作用。磁芯的導(dǎo)磁率高傳輸主要依靠線圈的耦合作用。磁芯的導(dǎo)磁率高, 所以雖所以雖傳輸線較短也能獲得足夠大的初級電感量傳輸線較短也能獲得足夠大的初級電感量, 保證了傳輸線保證了傳輸線變壓器的低頻特性較好。變壓器的低頻特性較好。l在高頻時傳輸線

30、模式起主要作用在高頻時傳輸線模式起主要作用,此時初次級線圈之間的此時初次級線圈之間的能量傳輸主要依靠線圈之間能量傳輸主要依靠線圈之間的耦合作用。的耦合作用。成為傳輸線特性阻抗的一個組成部分成為傳輸線特性阻抗的一個組成部分,故上限頻率將不故上限頻率將不受受的限制。的限制。 l因而這種變壓器可以在很寬的頻帶（可達(dá)幾百因而這種變壓器可以在很寬的頻帶（可達(dá)幾百MHz）范圍）范圍內(nèi)獲得良好的響應(yīng)。內(nèi)獲得良好的響應(yīng)。小結(jié)小結(jié)l寬頻帶高頻功率放大器的負(fù)載寬頻帶高頻功率放大器的負(fù)載是是傳輸線變壓器傳輸線變壓器, 它可使它可使功放的最高頻率擴展到幾百兆赫甚至上千兆赫功放的最高頻率擴展到幾百兆赫甚至上千兆赫, 并

31、能同并能同時覆蓋幾個倍頻程的頻帶寬度。時覆蓋幾個倍頻程的頻帶寬度。 l由于無選頻濾波性能由于無選頻濾波性能, 故寬帶高頻功放只能工作在非線故寬帶高頻功放只能工作在非線性失真較小的性失真較小的甲類甲類或或乙類乙類狀態(tài)狀態(tài), 效率較低。寬帶高頻功效率較低。寬帶高頻功放是以放是以犧牲效率來換取工作頻帶的加寬犧牲效率來換取工作頻帶的加寬。l寬頻帶高頻功率放大器一般用在發(fā)射機的寬頻帶高頻功率放大器一般用在發(fā)射機的中間各級中間各級，但，但是為了只輸出所需的工作頻率，發(fā)射機末級還要需要調(diào)是為了只輸出所需的工作頻率，發(fā)射機末級還要需要調(diào)諧放大器。諧放大器。2.阻抗變換特性阻抗變換特性l與普通變壓器一樣與普通變

32、壓器一樣, 傳輸線變壓器也可以實現(xiàn)阻抗變換傳輸線變壓器也可以實現(xiàn)阻抗變換, 但由但由于受結(jié)構(gòu)的限制于受結(jié)構(gòu)的限制, 只能實現(xiàn)某些特定阻抗比的變換。只能實現(xiàn)某些特定阻抗比的變換。l下圖給出了一種下圖給出了一種4 1傳輸線阻抗變換器的原理圖。傳輸線阻抗變換器的原理圖。l三個傳輸線變壓器均為三個傳輸線變壓器均為4 1阻抗變換器。阻抗變換器。 前兩個級聯(lián)后作前兩個級聯(lián)后作為第一級功放的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)為第一級功放的輸出匹配網(wǎng)絡(luò), 總阻抗比為總阻抗比為16 1, 使第二級使第二級功放的低輸入阻抗與第一級功放的高輸出阻抗實現(xiàn)匹配。功放的低輸入阻抗與第一級功放的高輸出阻抗實現(xiàn)匹配。第三個使第二級功放的高輸出阻抗與第三個使第二級功放的高輸出阻抗與50的負(fù)載電阻實現(xiàn)匹的負(fù)載電阻實現(xiàn)匹配。配。l電路當(dāng)中每一級放大都加了電壓負(fù)反饋，以電路當(dāng)中每一級放大都加了電壓負(fù)反饋，以改善發(fā)大器性改善發(fā)大器性能；為避免寄生耦合，每一級集電極電源都加了電容濾波。能；為避免寄生耦合，每一級集電極電源都加了電容濾波。 3.3.2 功率合成電路功率合成電路l利用多個功率放大電路同時對輸入信號進(jìn)行放大利用多個功率放大電路同時對輸入信號進(jìn)行放大, 然然后設(shè)法將各個功放的輸出信號相加后設(shè)法將各個功放的輸出信號相加, 這樣得到的總輸這樣得到的總輸出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)