功放與濾波器的匹配 - 短波寬帶低壓功率放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　一般常用小型號(hào)法設(shè)計(jì)匹配濾波器，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中都能做到功放輸出與濾波器輸入阻抗良好匹配，從而有效實(shí)現(xiàn)諧波抑制。但在該次試驗(yàn)中，5.62～8.82 MHz波段不能完全實(shí)現(xiàn)有效的阻抗匹配。濾波器的小信號(hào)仿真指標(biāo)良好，阻抗基本在50 Ω附近，插損小于0.1dB，通帶S參數(shù)也不錯(cuò)，但匹配后總體測(cè)試結(jié)果是頻率7 MHz插損大，效率大大降低，也嚴(yán)重影響了功放的線(xiàn)性度。調(diào)整濾波器后可改善頻率7 MHz附近頻點(diǎn)到要求指標(biāo)。但8.6 MHz又出現(xiàn)同樣的阻抗失配，造成線(xiàn)性度嚴(yán)重降低。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不斷試驗(yàn)和總結(jié)，也未能解決此問(wèn)題。一次試驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)功放輸出到濾波器輸入的射頻電纜長(zhǎng)度在某一確定值時(shí)，可實(shí)現(xiàn)此頻段的完全阻抗匹配，全頻段測(cè)試指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，仔細(xì)分析后測(cè)試此射頻電纜的阻抗參數(shù)，發(fā)現(xiàn)芯線(xiàn)兩端之間存在0.2μH的感值，芯線(xiàn)與地線(xiàn)之間也存在28 pF的容值。原來(lái)射頻電纜在連接功放輸出與濾波器輸入的同時(shí)，對(duì)于此頻率相當(dāng)于串進(jìn)來(lái)一個(gè)電感和并聯(lián)了一個(gè)電容，于是改進(jìn)匹配參數(shù)，果然阻抗匹配良好。

　　后期需要做的是將此網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和濾波器的七階低通網(wǎng)絡(luò)合并。

　　5 測(cè)試圖譜

　　調(diào)試完成后，按照1 MHz的間隔測(cè)試1.6～29.999 9 MHz，指標(biāo)基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，限于篇幅，選取其中的一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，對(duì)于輸出功率和互調(diào)指標(biāo)這兩個(gè)主要指標(biāo)的實(shí)際測(cè)試頻譜截圖如圖5、圖6所示，可看出此功放的實(shí)際測(cè)試情況。

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　　上述測(cè)試是在輸出功率后端串接250 W/30 dB的衰減器，所以頻譜儀顯示102 mW，互調(diào)測(cè)試單峰幅度為25.4 mW，即就是峰包功率101.6 W。從以上可看出，此測(cè)試點(diǎn)均滿(mǎn)足功率放大器的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

　　6 功放設(shè)計(jì)注意的問(wèn)題

　　6.1 噪聲

　　在設(shè)計(jì)高增益級(jí)聯(lián)功率放大器時(shí)，選用低噪聲功放管不但有利于功放的諧波和互調(diào)指標(biāo)，更有利于功放的穩(wěn)定工作。為了減小噪聲，第一級(jí)選用低噪聲晶體管。末級(jí)功率放大器的偏置電源不應(yīng)有微弱寄生振蕩，紋波不能太大，否則會(huì)引起功放自激振蕩。

　　6.2 效率

　　在功放設(shè)計(jì)中，效率是一個(gè)很重要的指標(biāo)。短波頻段的功放效率基本在40%。一方面，效率低，預(yù)示著功放輸入、輸出、級(jí)間匹配存在失配，從而將一部分功率耗散在阻抗型元件上，導(dǎo)致發(fā)熱，甚至損壞器件的正常工作;另一方面，效率低，匹配失衡，駐波比大，極易損壞功放管，造成研發(fā)成本的上升，同時(shí)大電流的工作狀態(tài)，使功放處在一種隱性的非安全狀態(tài)下。在設(shè)計(jì)高增益級(jí)聯(lián)功率放大器時(shí)，為了提高效率，應(yīng)選用高增益晶體管，盡可能減少晶體管數(shù)量，減少功放的級(jí)數(shù)。該功放的效率在1.6～25 MHz幾乎達(dá)到了末級(jí)輸出功放管效率的50%，在同類(lèi)功放中效率比較高，從而工作狀態(tài)更可靠。

　　7 結(jié)語(yǔ)

　　在低壓短波功率放大器的設(shè)計(jì)中，輸出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的功率和線(xiàn)性度是設(shè)計(jì)者應(yīng)予以重視的關(guān)鍵問(wèn)題，文中對(duì)于這個(gè)問(wèn)題具體實(shí)現(xiàn)措施進(jìn)行了探討，并詳細(xì)分析了短波功率放大器模塊的具體設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)樣機(jī)的實(shí)測(cè)結(jié)果證明，文中的論述方法是具體可行的，可供射頻功率放大器設(shè)計(jì)工程師作為參考。