功率合成器課件

（2）相互無(wú)關(guān)條件。即N個(gè)功率放大器彼此是隔離的。也就是說(shuō)當(dāng)任何一個(gè)功率放大器損壞時(shí)，不影響其余放大器工作，它們各自仍能夠向負(fù)載提供自己的額定功率。（3）功率相減條件。即當(dāng)一個(gè)或數(shù)個(gè)功率放大器損壞時(shí)，負(fù)載上所得到的功率雖然下降，但下降要盡可能小。在理想情況下，減少值等于損壞放大器數(shù)目M與額定功率的乘積，即M

。

（2）相互無(wú)關(guān)條件。即N個(gè)功率放大器彼此是隔離的1圖7.4.1為采用7個(gè)功率增益為2，最大輸出功率為10W的高頻功放，利用功率合成技術(shù)，可以獲得40W的功率輸出。7.4圖7.4.1功率合成與分配電路框圖

其中采用了三個(gè)一分為二的功率分配器和三個(gè)二合一的功率合成器。很顯然，討論功率合成技術(shù)，首先應(yīng)該討論功率分配和功率合成網(wǎng)絡(luò)。圖7.4.1為采用7個(gè)功率增益為2，最大輸出功率27.4實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)鍵是魔T型混合網(wǎng)絡(luò)（HybridCircuit）。魔T型混合網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)端點(diǎn)，分別是A端、B端、C端和D端，如圖7.4.2所示。它的作用是：1．C端為同相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值而D端負(fù)載上無(wú)功率輸出。上獲得兩輸入功率的合成，同相功率時(shí)，C端負(fù)載圖7.4.2功率合成示意圖

7.4實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)鍵是魔T型混合網(wǎng)絡(luò)（3

２．D端為反相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值反相功率時(shí)，D端負(fù)載上獲得兩輸入功率的合成，而C端負(fù)載上無(wú)功率輸出。間滿(mǎn)足特定關(guān)系時(shí)，３．當(dāng)C端和D端的負(fù)載、A、B兩輸入端彼此隔離。即任一端功率放大器的工作狀態(tài)變化或損壞時(shí)，不會(huì)影響另一端功率放大器的工作狀態(tài)，并維持其原輸出功率。7.4２．D端為反相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值反44．利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng)時(shí)，加在D端的功率放大器將其輸出功率均等地輸出；加到C端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給和且它們之間是同相的，而D端無(wú)功率輸出。7.4，且它們之間是反相的，而C端無(wú)功率和分配給4．利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng)時(shí)，加在D端的功率57.4.1魔T網(wǎng)絡(luò)

利用傳輸線(xiàn)變壓器可以組成各種類(lèi)型的功率分配器和功率合成器,且具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn),然后可進(jìn)一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。圖7.4.3所示的網(wǎng)絡(luò)就具有上述特性，它既可以作功率分配，又可作功率合成，因此稱(chēng)之為魔T網(wǎng)絡(luò)。7.4.1圖7.4.3魔T網(wǎng)絡(luò)

7.4.1魔T網(wǎng)絡(luò)利用傳輸線(xiàn)變壓器可以6魔T網(wǎng)絡(luò)由4：1傳輸線(xiàn)變壓器和相應(yīng)的AO、BO、CO、DD四條臂組成，其中DD臂是平衡臂，臂的兩端均不接地。傳輸線(xiàn)變壓器的特性阻抗和每條臂上的阻值（負(fù)載電阻或信號(hào)源內(nèi)阻）滿(mǎn)足以下關(guān)系：一．魔T網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖7.4.3魔T網(wǎng)絡(luò)

魔T網(wǎng)絡(luò)由4：1傳輸線(xiàn)變壓器和相應(yīng)的AO、B7當(dāng)AO、BO上接有相同的信號(hào)源，且內(nèi)阻為R，見(jiàn)圖7.4.4所示。設(shè)各臂的電流方向如圖示，則有7.4.1二．魔T網(wǎng)絡(luò)的功能1．功率合成圖7.4.4功率合成網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)AO、BO上接有相同的信號(hào)源，且內(nèi)阻為R，見(jiàn)圖7.4.8將上面兩式相加或相減，分別得到及設(shè)AO、BO兩臂的信號(hào)源的正負(fù)極性如圖7.4.4（a）所示，稱(chēng)之為同相源，則此時(shí)電流、為正。7.4.1圖7.4.4功率合成網(wǎng)絡(luò)

將上面兩式相加或相減，分別得到及設(shè)AO、9由于電路對(duì)稱(chēng)，所以，則，可將電路等效為圖7.4.4（b）所示。CO臂上的可以看作兩個(gè)電阻R的并聯(lián)，所以AO、BO兩支路上的信號(hào)源均工作于匹配狀態(tài)，輸出額定功率圖7.4.4（b）

鑒于AO、BO為同相源，故稱(chēng)為同相功率合成。

由于電路對(duì)稱(chēng)，所以，則，可將電路等效為圖7.4.4（b10當(dāng)AO、BO兩臂的信號(hào)源為反相源時(shí)，即傳輸線(xiàn)上無(wú)電流，可將其開(kāi)路。則為負(fù)，因此圖7.4.4功率合成網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)AO、BO兩臂的信號(hào)源為反相源時(shí)，即傳輸線(xiàn)上無(wú)電流，可將11AO、BO兩臂上的兩信號(hào)源工作于匹配狀態(tài)，它們的輸出功率為在DD臂上得到合成功率，輸出功率為鑒于AO、BO為反相源，故稱(chēng)為反相功率合成。得到圖7.4.4（C）所示等效電路。，圖7.4.4（C）AO、BO兩臂上的兩信號(hào)源工作于匹配狀態(tài)，它們的輸出功率為12若信號(hào)源接在CO臂，見(jiàn)圖7.4.5（a）。其輸出功率同相地（見(jiàn)圖中、平均分配給AO、BO臂上的負(fù)載，DD臂上無(wú)電流。即CO臂與DD臂相互隔離。7.4.12．功率分配圖7.4.5同相功率分配

同相分配：方向，均流向地）若信號(hào)源接在CO臂，見(jiàn)圖7.4.5（a）。其13由電路可知，時(shí)，電路對(duì)稱(chēng)，，，D端無(wú)輸出。而又已知傳輸線(xiàn)變壓器的始端電壓與終端電壓相等，即，因而圖7.4.5同相功率分配

當(dāng)由電路可知，時(shí)，電路對(duì)稱(chēng)，，，D端無(wú)輸出。而又已知傳輸線(xiàn)14所以有因此必有A、B、C三個(gè)點(diǎn)短路，得到圖7.4.5（b）電路?？梢?jiàn)在規(guī)定的各臂阻值條件下，信號(hào)源與負(fù)載匹配，CO臂上信號(hào)源輸出額定功率而AO、BO上獲得地同相等功率信號(hào)圖7.4.5同相功率分配

7.4.1傳輸線(xiàn)上無(wú)電壓?？蓪鬏斁€(xiàn)變壓器的所以有因此必有A、B、C三個(gè)點(diǎn)短路，得到圖7.4.5（b15信號(hào)源接在DD臂，見(jiàn)圖7.4.6。其輸出功率上的負(fù)載，CO臂上無(wú)電流。

7.4.1圖7.4.6反相功率分配

、

方向]分配給AO、BO臂反相地[見(jiàn)圖7.4.6（a）中反相分配：由電路可知，當(dāng)時(shí)，由于電路對(duì)稱(chēng)，必有，

，

信號(hào)源接在DD臂，見(jiàn)圖7.4.6。其輸出功率上的負(fù)載，CO臂16得圖7.4.6（b）等效電路。由圖知，可見(jiàn)在規(guī)定的各臂阻值下，信號(hào)源與負(fù)載匹配。信號(hào)源輸出的額定功率AO、BO上獲得反相等功率輸出。7.4.1C端無(wú)輸出。由于傳輸線(xiàn)上兩電流相等，因此有

，傳輸線(xiàn)上無(wú)電流。可將傳輸線(xiàn)開(kāi)路，圖7.4.6反相功率分配

得圖7.4.6（b）等效電路。由圖知，可見(jiàn)在規(guī)定的各臂阻值177.4.2功率合成電路介紹

圖7.4.7是典型的反相功率合成原理電路。

圖7.4.7反相功率合成電路舉例

7.4.17.4.2功率合成電路介紹圖7.4.7是典型的反相功率18內(nèi)阻為的信號(hào)源，以單端輸入方式送入，經(jīng)轉(zhuǎn)換，將不平衡轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶舛?，送入魔T網(wǎng)絡(luò)的平衡臂DD端，實(shí)現(xiàn)反相功率分配。由于兩晶體管的輸入電阻為，和兩個(gè)阻抗變換器將變換為晶體管的匹配電阻。晶體管的輸出最佳負(fù)載電阻為由于兩放大器工作在乙類(lèi)推挽狀態(tài)，輪流導(dǎo)通，它們將兩個(gè)等值反相的等功率信號(hào)放大后，利用魔T網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)反相合成。內(nèi)阻為的信號(hào)源，以單端輸入方式送入，經(jīng)轉(zhuǎn)換，將不平衡轉(zhuǎn)變197.4.1作為平衡轉(zhuǎn)換為不平衡網(wǎng)絡(luò)，將合成后的功率各傳輸線(xiàn)變壓器的特性阻抗應(yīng)為信號(hào)以單端形式送至負(fù)載（）天線(xiàn)。其中

反相功率合成電路的優(yōu)點(diǎn)是：輸出沒(méi)有偶次諧波，因此失真較??；輸入電阻比單邊工作時(shí)高，因而引線(xiàn)電感的影響減小。7.4.1作為平衡轉(zhuǎn)換為不平衡網(wǎng)絡(luò)，將合成后的功率各傳輸線(xiàn)變20

圖7.4.8同相功率合成電路舉例

圖7.4.8表示一個(gè)典型的同相功率合成器電路，圖中7.4.1圖7.4.8同相功率合成電路舉例圖7.4.8表示一個(gè)21為魔T混合網(wǎng)絡(luò)。同相功率分配網(wǎng)絡(luò)，它的作用是將C端的輸入功率平均分配，供給A端與B端同相激勵(lì)功率。為同相功率合成網(wǎng)絡(luò)，它的作用是將兩個(gè)晶體管輸至A、B兩端的功率在C端合成，供給負(fù)載。與、、分別為與1：4阻抗變換器，它們的作用是完成阻抗匹配。晶體管發(fā)射極接入1.1的負(fù)反饋電阻，用來(lái)提高晶體管的輸入阻抗。各基極串7.4.1為魔T混合網(wǎng)絡(luò)。同相功率分配網(wǎng)絡(luò)，它的作用是將C端的輸入功22（2）相互無(wú)關(guān)條件。即N個(gè)功率放大器彼此是隔離的。也就是說(shuō)當(dāng)任何一個(gè)功率放大器損壞時(shí)，不影響其余放大器工作，它們各自仍能夠向負(fù)載提供自己的額定功率。（3）功率相減條件。即當(dāng)一個(gè)或數(shù)個(gè)功率放大器損壞時(shí)，負(fù)載上所得到的功率雖然下降，但下降要盡可能小。在理想情況下，減少值等于損壞放大器數(shù)目M與額定功率的乘積，即M

。

（2）相互無(wú)關(guān)條件。即N個(gè)功率放大器彼此是隔離的23圖7.4.1為采用7個(gè)功率增益為2，最大輸出功率為10W的高頻功放，利用功率合成技術(shù)，可以獲得40W的功率輸出。7.4圖7.4.1功率合成與分配電路框圖

其中采用了三個(gè)一分為二的功率分配器和三個(gè)二合一的功率合成器。很顯然，討論功率合成技術(shù)，首先應(yīng)該討論功率分配和功率合成網(wǎng)絡(luò)。圖7.4.1為采用7個(gè)功率增益為2，最大輸出功率247.4實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)鍵是魔T型混合網(wǎng)絡(luò)（HybridCircuit）。魔T型混合網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)端點(diǎn)，分別是A端、B端、C端和D端，如圖7.4.2所示。它的作用是：1．C端為同相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值而D端負(fù)載上無(wú)功率輸出。上獲得兩輸入功率的合成，同相功率時(shí)，C端負(fù)載圖7.4.2功率合成示意圖

7.4實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)鍵是魔T型混合網(wǎng)絡(luò)（25

２．D端為反相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值反相功率時(shí)，D端負(fù)載上獲得兩輸入功率的合成，而C端負(fù)載上無(wú)功率輸出。間滿(mǎn)足特定關(guān)系時(shí)，３．當(dāng)C端和D端的負(fù)載、A、B兩輸入端彼此隔離。即任一端功率放大器的工作狀態(tài)變化或損壞時(shí)，不會(huì)影響另一端功率放大器的工作狀態(tài)，并維持其原輸出功率。7.4２．D端為反相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值反264．利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng)時(shí)，加在D端的功率放大器將其輸出功率均等地輸出；加到C端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給和且它們之間是同相的，而D端無(wú)功率輸出。7.4，且它們之間是反相的，而C端無(wú)功率和分配給4．利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng)時(shí)，加在D端的功率277.4.1魔T網(wǎng)絡(luò)

利用傳輸線(xiàn)變壓器可以組成各種類(lèi)型的功率分配器和功率合成器,且具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn),然后可進(jìn)一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。圖7.4.3所示的網(wǎng)絡(luò)就具有上述特性，它既可以作功率分配，又可作功率合成，因此稱(chēng)之為魔T網(wǎng)絡(luò)。7.4.1圖7.4.3魔T網(wǎng)絡(luò)

7.4.1魔T網(wǎng)絡(luò)利用傳輸線(xiàn)變壓器可以28魔T網(wǎng)絡(luò)由4：1傳輸線(xiàn)變壓器和相應(yīng)的AO、BO、CO、DD四條臂組成，其中DD臂是平衡臂，臂的兩端均不接地。傳輸線(xiàn)變壓器的特性阻抗和每條臂上的阻值（負(fù)載電阻或信號(hào)源內(nèi)阻）滿(mǎn)足以下關(guān)系：一．魔T網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖7.4.3魔T網(wǎng)絡(luò)

魔T網(wǎng)絡(luò)由4：1傳輸線(xiàn)變壓器和相應(yīng)的AO、B29當(dāng)AO、BO上接有相同的信號(hào)源，且內(nèi)阻為R，見(jiàn)圖7.4.4所示。設(shè)各臂的電流方向如圖示，則有7.4.1二．魔T網(wǎng)絡(luò)的功能1．功率合成圖7.4.4功率合成網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)AO、BO上接有相同的信號(hào)源，且內(nèi)阻為R，見(jiàn)圖7.4.30將上面兩式相加或相減，分別得到及設(shè)AO、BO兩臂的信號(hào)源的正負(fù)極性如圖7.4.4（a）所示，稱(chēng)之為同相源，則此時(shí)電流、為正。7.4.1圖7.4.4功率合成網(wǎng)絡(luò)

將上面兩式相加或相減，分別得到及設(shè)AO、31由于電路對(duì)稱(chēng)，所以，則，可將電路等效為圖7.4.4（b）所示。CO臂上的可以看作兩個(gè)電阻R的并聯(lián)，所以AO、BO兩支路上的信號(hào)源均工作于匹配狀態(tài)，輸出額定功率圖7.4.4（b）

鑒于AO、BO為同相源，故稱(chēng)為同相功率合成。

由于電路對(duì)稱(chēng)，所以，則，可將電路等效為圖7.4.4（b32當(dāng)AO、BO兩臂的信號(hào)源為反相源時(shí)，即傳輸線(xiàn)上無(wú)電流，可將其開(kāi)路。則為負(fù)，因此圖7.4.4功率合成網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)AO、BO兩臂的信號(hào)源為反相源時(shí)，即傳輸線(xiàn)上無(wú)電流，可將33AO、BO兩臂上的兩信號(hào)源工作于匹配狀態(tài)，它們的輸出功率為在DD臂上得到合成功率，輸出功率為鑒于AO、BO為反相源，故稱(chēng)為反相功率合成。得到圖7.4.4（C）所示等效電路。，圖7.4.4（C）AO、BO兩臂上的兩信號(hào)源工作于匹配狀態(tài)，它們的輸出功率為34若信號(hào)源接在CO臂，見(jiàn)圖7.4.5（a）。其輸出功率同相地（見(jiàn)圖中、平均分配給AO、BO臂上的負(fù)載，DD臂上無(wú)電流。即CO臂與DD臂相互隔離。7.4.12．功率分配圖7.4.5同相功率分配

同相分配：方向，均流向地）若信號(hào)源接在CO臂，見(jiàn)圖7.4.5（a）。其35由電路可知，時(shí)，電路對(duì)稱(chēng)，，，D端無(wú)輸出。而又已知傳輸線(xiàn)變壓器的始端電壓與終端電壓相等，即，因而圖7.4.5同相功率分配

當(dāng)由電路可知，時(shí)，電路對(duì)稱(chēng)，，，D端無(wú)輸出。而又已知傳輸線(xiàn)36所以有因此必有A、B、C三個(gè)點(diǎn)短路，得到圖7.4.5（b）電路?？梢?jiàn)在規(guī)定的各臂阻值條件下，信號(hào)源與負(fù)載匹配，CO臂上信號(hào)源輸出額定功率而AO、BO上獲得地同相等功率信號(hào)圖7.4.5同相功率分配

7.4.1傳輸線(xiàn)上無(wú)電壓?？蓪鬏斁€(xiàn)變壓器的所以有因此必有A、B、C三個(gè)點(diǎn)短路，得到圖7.4.5（b37信號(hào)源接在DD臂，見(jiàn)圖7.4.6。其輸出功率上的負(fù)載，CO臂上無(wú)電流。

7.4.1圖7.4.6反相功率分配

、

方向]分配給AO、BO臂反相地[見(jiàn)圖7.4.6（a）中反相分配：由電路可知，當(dāng)時(shí)，由于電路對(duì)稱(chēng)，必有，

，

信號(hào)源接在DD臂，見(jiàn)圖7.4.6。其輸出功率上的負(fù)載，CO臂38得圖7.4.6（b）等效電路。由圖知，可見(jiàn)在規(guī)定的各臂阻值下，信號(hào)源與負(fù)載匹配。信號(hào)源輸出的額定功率AO、BO上獲得反相等功率輸出。7.4.1C端無(wú)輸出。由于傳輸線(xiàn)上兩電流相等，因此有

，傳輸線(xiàn)上無(wú)電流。可將傳輸線(xiàn)開(kāi)路，圖7.4.6反相功率分配

得圖7.4.6（b）等效電路。由圖知，可見(jiàn)在規(guī)定的各臂阻值397.4.2功率合成電路介紹

圖7.4.7是典型的反相功率合成原理電路。

圖7.4.7反相功率合成電路舉例

7.4.1