输入匹配电路和输出匹配电路

2014-04-18 11:39:01来源: 互联网

输入匹配电路输出匹配电路

成功地设计固态微波功率放大器的关键是设计阻抗匹配网络。
在任何一个微波功率放大器设计中,错误的阻抗匹配将使电路不稳定,同时会使电路效率降低和非线性失真加大。
在设计功率放大器匹配电路时,匹配电路应同时满足匹配、谐波衰减、带宽、小驻波、线性及实际尺寸等多项要求。
当有源器件一旦确定后,可以被选用的匹配电路是相当多的,企图把可能采用的匹配电路列成完整的设计表格几乎是不现实的。
设计单级功率放大器主要是设计输入匹配电路和输出匹配电路;
设计两级功率放大器除了要设计输入匹配电路和输出匹配电路外,还需要设计级间匹配电路。
(1)输入匹配电路
输入匹配电路和输出匹配电路主要是对一端是50,另一端是实数部分较小的复数阻抗进行匹配。
当大功率管的输入阻抗是容性、低电阻值时,通常可以采用下述五种输入匹配电路

图7-17  输入匹配电路
(a)电路A;(b)电路B;(c)电路C;(d)电路D;(e)电路E。
当大功率管的等效输入阻抗呈感性,它的实部比较小时,可以采用并联电容的输入匹配电路,把等效输入阻抗中的电感分量谐振掉,这种输入匹配电路应该是低通匹配网络,能匹配较低的阻抗。通常,输入匹配电路的谐振电容可以用微带短截线实现。当放大器的工作频率及功率管选定后,谐振实阻抗值可能小于50,也可能是很大的数值。当谐振实阻抗低于50时,低通匹配电路很容易使它与50阻抗匹配。
(1)输入匹配电路
如果采用微带匹配网络时,谐振实阻抗不能太高,原因是用低通网络结构把高阻抗降到50时要用到串联高阻抗传输线。该传输线的特性阻抗至少高于谐振实阻抗,达一倍以上,这就使串联高阻抗传输线非常窄,加大了匹配网络的损耗,加大了工艺难度,有时甚至无法实现。在尺寸允许时,可以采用四分之一波长阻抗变换网络。
输出匹配电路确定后,功率放大器的输出功率及效率也基本确定了,但是它的增益平坦度并不一定满足技术指标的要求。这时,需要合理设计输入匹配电路以便使增益平坦度满足要求。
设计输入匹配电路时,还应考虑输入驻波比不能太大,在设计频带要求较宽时,这个问题显得特别突出,频带越宽设计难度越大。为了改善输入驻波比性能,可以采用铁氧体隔离器,也可以采用平衡放大器技术。
(2)输出匹配电路
输出匹配电路主要应具备损耗低,谐波抑制度高,改善驻波比,提高输出功率及改善非线性等功能。
①谐波抑制。功率放大器的非线性特性使输出不仅包含基波信号,同时还存在各项谐波,谐波幅度大小与基波信号大小呈一定的比例关系。在大功率放大器中,由于基波功率比较大,因此谐波功率也比较大,特别是2次谐波和3次谐波,它们对系统的影响是不可忽略的。为了减小谐波功率输出,通常输出匹配电路采用低通结构或带通结构。在采用带通结构时,应消除寄生通带的影响。当要求谐波输出非常小,单靠上述匹配电路是不能满足对谐波的抑制,还需要加带阻滤波网络。
②改善驻波比。功率放大器匹配电路设计不完善会使功率放大器输出驻波比较大,因此会加大带内增益起伏,产生寄生信号,严重时会产生自激振荡和烧毁功率管。因此,在设计输出匹配电路时必须使驻波比较小。
(2)输出匹配电路
③低损耗。在大功率放大器中,由于输出功率较大,输出电路有一点损耗就会有较大功率损失,并且,在输出电路板上转成热耗,从而使电路的可靠性变差。例如,连续波输出功率为200W,输出匹配电路损耗为1dB,则耗散在输出匹配电路上的功率高达40W以上。输出功率越大,输出匹配电路上所耗散的功率越大。因此,在设计大功率放大器时,应该尽可能减小输出匹配电路的损耗。
④线性。由非线性分析知道,功率放大器的三阶交调系数是与负载有关的,因此在设计输出匹配电路时,必须考虑线性指标的要求。负载选择应确保线性最好。
⑤效率。功率放大器的效率除了取决于晶体管的工作状态、电路结构、负载等因素外,还与输出匹配电路密切相关。要求输出匹配电路保证基波功率增益最大,谐波功率增益最小,损耗尽可能小和良好的散热装置。
级间匹配电路除了与输入匹配电路一起实现平坦增益特性外,还应具备级间隔直流功能。有关隔直流电路的设计内容可以参考第六讲低噪声放大器有关内容。
两级功率放大器的三阶交调系数不仅取决于末级功率放大器,同时还取决于末前级功率放大器。
在设计功率放大器时,为了实现增益平坦、
电路稳定及输出功率等指标,功率放大器
不可能完全匹配。为了改善功率放大器的
匹配性能,通常采用平衡功率放大器。
平衡功率放大器有许多优点:
(1)在设计单端功率放大器时,为了满足平坦增益及稳定性要求,失配往往很厉害;而在设计平衡功率放大器时,只要保证配对的功率晶体管性能一致,则合成网络可以改善由于单端功率放大器引起的失配。因此,平衡功率放大器在实现平坦功率增益和稳定性的同时,又有较好的匹配性能,通常可实现1个倍频程带宽,做得好时带宽接近2个倍频程。
(2)级间很易隔离,因此级间的调整工作量比较小。
(3)由于匹配性能好,反射小,因此电路工作稳定。
(4)当电路中某一个晶体管损坏时,仅仅使功率放大器总增益下降6dB,对有些系统,这种增益下跌还不会使系统受到致命打击。
(5)在线性功率放大器设计时,通常采用平衡功率放大器来改善线性指标。
(6)在实现多级功率放大器时,平衡功率放大器的调整比不平衡功率放大器要少得多。
在设计功率放大器时,为了实现增益平坦、
电路稳定及输出功率等指标,功率放大器
不可能完全匹配。为了改善功率放大器的
匹配性能,通常采用平衡功率放大器。
平衡功率放大器有许多优点:
(1)在设计单端功率放大器时,为了满足平坦增益及稳定性要求,失配往往很厉害;而在设计平衡功率放大器时,只要保证配对的功率晶体管性能一致,则合成网络可以改善由于单端功率放大器引起的失配。因此,平衡功率放大器在实现平坦功率增益和稳定性的同时,又有较好的匹配性能,通常可实现1个倍频程带宽,做得好时带宽接近2个倍频程。
(2)级间很易隔离,因此级间的调整工作量比较小。
(3)由于匹配性能好,反射小,因此电路工作稳定。
(4)当电路中某一个晶体管损坏时,仅仅使功率放大器总增益下降6dB,对有些系统,这种增益下跌还不会使系统受到致命打击。
(5)在线性功率放大器设计时,通常采用平衡功率放大器来改善线性指标。
(6)在实现多级功率放大器时,平衡功率放大器的调整比不平衡功率放大器要少得多。

关键字:匹配电路  输出匹配

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2014/0418/article_25484.html
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