短波寬帶低壓功率放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：對設(shè)計(jì)的低壓寬帶功放的指標(biāo)進(jìn)行了介紹，并對設(shè)計(jì)功放所涉及的理論進(jìn)行研究和討論，在對所選用的功放管在廠家沒有提供S參數(shù)的情況下進(jìn)行了相關(guān)單管測試和驗(yàn)證，給出了參數(shù)優(yōu)化后結(jié)果，根據(jù)分析以及計(jì)算后對功率放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，對功率放大器做了硬件設(shè)計(jì)調(diào)試，并給出板級相關(guān)指標(biāo)的測試結(jié)果。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)符合要求。
關(guān)鍵詞：負(fù)反饋；非線性特性；功率回退；傳輸線變壓器

0 引言
功率放大器在無線通信系統(tǒng)中是一個不可缺少的重要組成部分。隨著通信體制的發(fā)展，功率放大器進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。目前功放的主要應(yīng)用趨向微波頻段，尤其是民用的井噴式發(fā)展，相對地1．6～30 MHz的功放應(yīng)用越來越少，隨之此頻段的可選功放管的研發(fā)新品也隨之減少，在功放指標(biāo)不斷被要求提高的前提下，這就造成此頻段功放的設(shè)計(jì)的困難增加，其中寬帶低壓大功率功放的設(shè)計(jì)最為困難。

1 指標(biāo)要求
該項(xiàng)目是軍用短波發(fā)射機(jī)部分的重要組成部分，根據(jù)項(xiàng)目的的具體使用場合和環(huán)境特點(diǎn)，按照GJB規(guī)定和整機(jī)要求，對于功率放大器提出以下指標(biāo)要求：
(1)頻率范圍：1．6～29．9999MHz；
(2)輸出功率：單音功率為100 W(AVG)，雙音峰包功率為100W；
(3)激勵幅度：單音0 dBm(50 Ω阻抗)；
(4)增益：50 dB；
(5)增益平坦度：±1dB；
(6)功耗：在輸出功率100 W，電源電壓13．8V條件下，電流小于16A；
(7)工作電壓：11～17 V能夠正常工作；
(8)測試電壓：12．5 V，13．8V；
(9)三階互調(diào)：小于等于-32 dB(測試條件為：雙信號、間隔0．67 kHz，平均功率50 W，PS=13．8V；
(10)諧波：偶次諧波小于等于-20 dB，奇次諧波小于等于-13dB。

2 線路方案
采用對管推挽電路、負(fù)反饋電路和傳輸線變壓器，可以滿足增益平坦度的要求。功率放大單元由激勵放大級、末前級放大級、末級功率放大級、Ⅱ型衰減輸入網(wǎng)絡(luò)、偏置電路、總流控制和溫度控制電路組成。根據(jù)射頻輸入信號幅度和輸出功率的要求計(jì)算功放總增益：
VIN=0 dBm；POUT=50 dBm；GP=50 dB
根據(jù)功放總增益和頻帶范圍(1．6～30 MHz)，功放按三級設(shè)計(jì)。增益分配和每級采用的電路形式分別為：第一級采用甲類工作狀態(tài)，增益大于25 dB，輸出功率約25 dBm；末前級采用甲乙類工作狀態(tài)，增益大于16dB，輸出功率約41 dBm；末級采用甲乙類工作狀態(tài)，增益大于12 dB，輸出功率約為53 dBm。
各級之間采用傳輸線變壓器耦合，磁性材料選用進(jìn)口雙孔磁環(huán)，磁通密度一致性好，對于全頻段的增益平坦度大有好處。利用傳輸線變壓器在寬頻帶范圍內(nèi)傳送高頻能量和實(shí)現(xiàn)兩極放大器之間的匹配和末級放大與負(fù)載之間的阻抗匹配。由于受低壓功放管市場奇少的限制，末級選用輸出功率為80 W的晶體管，末級采用對管推挽輸出，從而保證了功率的富余量。甲類功率放大器的優(yōu)點(diǎn)是線性好、失真小，較好的噪聲系數(shù)，在1 dB壓縮點(diǎn)以下具有幾乎不失真的脈沖響應(yīng)，在不同輸出電平時(shí)的通帶起伏小和在不同輸出電平時(shí)的相位和增益不變，在第一級采用了甲類工作狀態(tài)，以便獲得良好的線性。