高頻電子電路4.5

1、LOGO高頻電子線路高頻電子線路任課：謝勝 TelQQ:914486798LOGO4.3 高頻功率放大器的實(shí)用電路高頻功率放大器的實(shí)用電路 一一 直直流流饋饋電電線線路路根根據(jù)據(jù)直直流流電電源源連連接接方方式式的的不不同同，可可分分為為：串串聯(lián)聯(lián)饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和和晶晶體體管管三三者者形形成成串串聯(lián)聯(lián)連連接接的的方方式式。并并聯(lián)聯(lián)饋饋電電線線路路：直直流流電電源源、匹匹配配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和和晶晶體體管管三三者者形形成成并并聯(lián)聯(lián)連連接接的的方方式式。兩兩種種饋饋電電方方式式雖雖然然電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不同同，但但對(duì)對(duì)電電路路來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，總總應(yīng)應(yīng)

2、有有：tUEucCce cos1 要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有：要使高頻諧振功率放大器正常工作，在其輸入和輸出端還需接有：直流饋電線路：為晶體管各級(jí)提供合適的偏置；直流饋電線路：為晶體管各級(jí)提供合適的偏置；交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號(hào)有效地傳輸。交流匹配網(wǎng)絡(luò)：將交流功率信號(hào)有效地傳輸。LOGO高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組成1 集集電電極極饋饋電電電電路路：（1） 集集電電極極饋饋電電電電路路的的組組成成原原則則： ci的的直直流流分分量量COI除除晶晶體體 管管的的內(nèi)內(nèi)阻阻外外，應(yīng)應(yīng)予予以以短短路路， 以以保保證證CE全全部部加加在在集集電電極極

3、上上，避避免免管管外外電電路路消消耗耗電電源源 功功率率，即即CCODEIP ci的的 基基 波波 分分 量量1CI只只 應(yīng)應(yīng) 在在 負(fù)負(fù) 載載 回回 路路 上上 產(chǎn)產(chǎn) 生生 電電 壓壓 降降 ， 其其 余余 部部 分分 電電 路路 對(duì)對(duì)1CI應(yīng)應(yīng) 短短 路路 。 ci的的 高高 次次 諧諧 波波 分分 量量CnI 不不 應(yīng)應(yīng) 消消 耗耗 功功 率率 ， 因因 此此CnI對(duì)對(duì) 晶晶 體體 管管 外外 的的 電電 路路 應(yīng)應(yīng) 盡盡 可可 能能 短短 路路 。 IcoECIc1CLIcnLOGOLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VT高頻功率放大器的電路組成高頻功率放大器的電路組

4、成（2） 常常用用的的集集電電極極串串饋饋和和并并饋饋電電路路如如下下圖圖所所示示：cL高高頻頻扼扼流流圈圈：通通直直流流阻阻交交流流 cC：高高頻頻旁旁路路電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 c1C：隔隔直直電電容容：通通交交流流隔隔直直流流 以以上上兩兩個(gè)個(gè)電電路路勻勻滿滿足足： tUEucCce cos1 ICO直流通路直流通路ICOECLCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTIC1交流通路交流通路Ic1LCCCCC1ECLCuc1VTLCCCECLCuc1VTICn交流通路交流通路ICniC頻譜頻譜 2 30LC回路阻抗特性回路阻抗特性LCCCCC1ECLCuc1VT

5、LCCCECLCuc1VTLOGOCBLBLBLBCERBReVTVTVTCBCBCB1LBLLCCVTVTEBEB2 基極饋電線路基極饋電線路對(duì)對(duì)基基級(jí)級(jí)饋饋電電線線路路來(lái)來(lái)說(shuō)說(shuō)，也也有有串串聯(lián)聯(lián)和和并并聯(lián)聯(lián)兩兩種種形形式式。在在實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用中中，由由于于基基極極饋饋電電電電路路中中采采用用單單獨(dú)獨(dú)電電源源BBU不不方方便便，通通常常采采用用自自給給偏偏壓壓的的方方式式提提供供基基極極偏偏置置。 (1) 利用基極回路直流利用基極回路直流BOI產(chǎn)生偏壓產(chǎn)生偏壓bBOBBRIU IBOUBB(2) 利利用用BOI在在bbr上上產(chǎn)產(chǎn)生生偏偏壓壓bbBOBBrIU ，注注意意：一一般般bbr 很

6、很小小，所所以以BBU很很小小且且不不穩(wěn)穩(wěn)定定。 IBO(3) 利利用用射射極極電電流流eoI在在eR上上產(chǎn)產(chǎn)生生偏偏壓壓eeoBBRIU ，而而且且這這種種電電路路能能自自動(dòng)動(dòng)維維持持放放大大器器的的工工作作穩(wěn)穩(wěn)定定。 Ieo +UBB -以以上上基基極極自自給給偏偏壓壓電電路路中中，前前兩兩個(gè)個(gè)為為并并饋饋線線路路，后后一一種種為為串串饋饋線線路路。LOGO二二 高頻功放的耦合回路高頻功放的耦合回路高高頻頻功功放放都都要要采采用用一一定定的的耦耦合合回回路路，以以使使輸輸出出功功率率能能有有效效地地傳傳輸輸?shù)降截?fù)負(fù)載載（下下級(jí)級(jí)輸輸入入回回路路或或天天線線回回路路） ，一一般般說(shuō)說(shuō)來(lái)來(lái)，放

7、放大大器器與與負(fù)負(fù)載載之之間間的的耦耦合合可可采采用用下下圖圖所所示示的的四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)來(lái)來(lái)表表示示。這這個(gè)個(gè)四四端端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)應(yīng)應(yīng)完完成成的的任任務(wù)務(wù)是是：RiRoRLRS功功 率率放大器放大器輸入輸入匹配匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)輸出輸出匹配匹配網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RLRSuS (1) 使負(fù)載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截?fù)載的功率最大，即它起著匹配網(wǎng)絡(luò)的作用。 (2) 抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它有良好的濾波作用。 (3) 在有幾個(gè)電子器件同時(shí)輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到公共負(fù)載，同時(shí)又盡可能地使這幾個(gè)電子器件彼此隔離，互不影響。 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)或級(jí)間耦合網(wǎng)絡(luò):是

8、用以與下級(jí)放大器的輸入端相連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò):是用以輸出功率至天線或其他負(fù)載LOGOL1C1C2L2CARAr1IAMrr1C1L1C1RpL1IK二二 高頻功放的耦合回路高頻功放的耦合回路 介于放大器與天線回路之間的L1C1回路就叫做中介并聯(lián)諧振回路。RA、CA分別代表天線的幅射電阻與等效電容； L2、C2為天線回路的調(diào)諧元件。它們的作用是使天線回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，以使天線回路的電流IA達(dá)到最大值，亦即使天線幅射功率達(dá)到最大。 從集電極向右方看去可以等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路,其中Rp為折合到晶體管輸出回路的等效負(fù)載 。 1. 輸出匹配電路 (1) 并聯(lián)諧振回路型的匹配電路 RpRpLOGO 當(dāng)

9、天線回路調(diào)諧在串聯(lián)諧振狀態(tài)時(shí)，它反映到L1C1中介回路的等效電阻為 設(shè)初級(jí)回路的接入系數(shù)為 p，則晶體管輸出回路的等效負(fù)載為： rr1C1L1C1RpL1IKRpL1C1C2L2CARAr1IAMRp(1) 并聯(lián)諧振回路型的匹配電路并聯(lián)諧振回路型的匹配電路ARMr22 L1C1中介回路的等效諧振阻抗為 11CQLQRLLP QL為有載品質(zhì)因素 ，rrLQL 11 )(22111111APRMrCLrrCLR )(2211122APPRMrCLpRpR 改變互感系數(shù)M和接入系數(shù) p就可以在不影響回路調(diào)諧的情況下。調(diào)整晶體管的輸出回路的等效負(fù)載電阻Rp，以達(dá)到阻抗匹配的目的。 （分析略）LOGO在

10、大功率輸出級(jí)，T型、型等濾波型的匹配網(wǎng)絡(luò)就得到了廣泛的應(yīng)用。 圖中的R2一般代表終端(負(fù)載)電阻，R1則代表由R2折合到左端的等效電阻，現(xiàn)以 (a)為例進(jìn)行計(jì)算公式的推導(dǎo) (2) (2) 濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò)濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò) 兩種兩種型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò)(a)(b)L1R1C1C1R1L1C2R2R2C2 將并聯(lián)回路R1C1與R2C2變換為串聯(lián)形式，由串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式可得L1C1R1C2R21212c12c121111RRXXQRR C12C12121C1XXRRX 2212c22c22RRXXR C12C22222C2XXRRX 網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí)，R1= R2 由諧振條件得 :22c1c212

11、22221c12c2XXRRRXRX2212L1c1c2c1c222221c12c2RRXXXXXRXRXLOGO26c211371pF2 50 108.57CX解之得： 2C222211508.5750(1 10 )1(1)1144RXRQR改寫為： 122221c2111()1RRRQX網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí)，R1= R2 22c1c21222221c12c2XXRRRXRX16c111221pF250 1014.4CX1c1114414.410RXQ222cm1C1oo24144222 2pUERRPP例 有一個(gè)輸出功率為2W的高頻功率放大器、負(fù)載電阻RL=50，EC=24V，f=50MHz，Q1=

12、10，試求型匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值。 解 :(2) (2) 濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò)濾波器型的匹配網(wǎng)絡(luò) L1R1C1R2= RLC2 R1應(yīng)該是功率放大器所要求的匹配電阻 Rp ,即L1C1R1C2R26 .22)75. 810501(110144102 注意，考慮到晶體管的輸出電容Co后，C1應(yīng)減去Co之值，才是所需外加的調(diào)諧電容值。一般，當(dāng)L1確定之后，用C2主要調(diào)匹配，用C1主要調(diào)諧振。 實(shí)際還有其它各種形式的匹配網(wǎng)絡(luò)。分析方法都很類似，即從匹配與諧振兩個(gè)條件出發(fā)，再加上一個(gè)假設(shè)條件(通常都是假定Q1值)，即可求出電路元件的數(shù)值。 L11622.672nH2 50 10XL11121122221c2

13、111c21(1)1(1)1Q RR RQ RRQXQQQ X22c112L1c122221c1c21c1XRRXXRRXXRX由諧振條件得 :2212L1c1c2c1c222221c12c2RRXXXXXRXRXLOGO4.5.1 寬帶高頻功率放大器 以LC諧振回路為輸出電路的功率放大器，由于其相對(duì)通頻帶B/ fo只有百分之幾甚至千分之幾，所以又稱為窄帶高頻功率放大器。由于調(diào)諧系統(tǒng)復(fù)雜，窄帶功率放大器的運(yùn)用就受到了很大的限制 。 4.54.5寬帶高頻功率放大電路寬帶高頻功率放大電路 近年來(lái)一種新穎的，能夠在很寬的波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)不調(diào)諧工作的寬頻帶功率放大器得到了迅速的推廣。 寬帶功率放大器，實(shí)際上

14、就是一種以非調(diào)諧單元作為輸出匹配電路的功率放大器。它是以頻率特性很寬的傳輸線變壓器，代替了電阻、電容或電感線圈作為其輸出電路 。 寬頻帶功率放大器沒(méi)有選頻作用。因此諧波的抑制成了一個(gè)重要的問(wèn)題。為此，放大管的工作狀態(tài)就只能選在非線性畸變比較小的甲類或甲乙類狀態(tài)，效率較低，也就是說(shuō)寬頻帶放大器是以犧牲效率作為代價(jià)來(lái)?yè)Q取寬頻帶輸出的 。 LOGO1. 普通變壓器不能在較寬頻內(nèi)工作的原因 4.5.1 寬帶高頻功率放大器寬帶高頻功率放大器 圖 (b)中L、Ls1、r1是變壓器初級(jí)繞組的電感、漏感和損耗電阻；Ls2、r2 是折合到初級(jí)后，次級(jí)繞組的漏感和損耗電阻；C是變壓器各分布電容折合到初級(jí)后的總和；

15、RL是折合到初級(jí)后的等效負(fù)載電阻。 在高頻端由于初級(jí)繞組電感的感抗很強(qiáng)，因此在高頻端等效電路中可以認(rèn)為電感L是開路，如圖(c)。在低頻端，由于頻率較低，各漏感和損耗電阻很小，也可略去不計(jì)，可以認(rèn)為電容C開路，如圖 (d)；(a)原理電路原理電路(b)等效電路等效電路(c)高頻端等效電路高頻端等效電路(d)低頻端等效電路低頻端等效電路(e) 頻率響應(yīng)曲線頻率響應(yīng)曲線usRsRLuoRsRsRsusususr1Ls1LLs2r2CRLrLsLCRLRLfsfuo一般變壓器的等效電路一般變壓器的等效電路 可見(jiàn)工作頻率越低，電感L的旁路作用就越大，于是輸出電壓將隨著工作頻率的降低而下將。在高頻端負(fù)載R

16、L接在Ls和C組成的串聯(lián)諧振回路容抗元件的兩端，在串聯(lián)諧振頻率fs的附近，負(fù)載兩端的電壓急劇增加，并在fs上達(dá)到最大值。但是，偏離諧振頻率fs，電壓將急劇減小 LOGO2. 寬頻帶傳輸線變壓器的工作原寬頻帶傳輸線變壓器的工作原理理 傳輸線變壓器是將兩根等長(zhǎng)的導(dǎo)線緊靠在一起，并繞在高導(dǎo)磁率低損耗的磁芯上構(gòu)成的。最高工作頻率可擴(kuò)展到幾百兆赫甚至上千兆赫。 傳輸線變壓器與普通變壓器在傳輸能量的方式上是不相同的，傳輸線變壓器負(fù)載兩端的電壓不是次級(jí)感應(yīng)電壓，而是傳輸線的終端電壓。 兩根導(dǎo)線緊靠在一起，所以導(dǎo)線任意長(zhǎng)度處的線間電容很大，且在整個(gè)線上均勻分布。其次，兩根等長(zhǎng)導(dǎo)線同時(shí)繞在高磁芯上，所以導(dǎo)線上均

17、勻分布的電感量也很大，這種電路通常又叫分布參數(shù)電路。 usususRLRLRLRsRsRs(a) 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(c) 普通變壓器的原理電路普通變壓器的原理電路(b) 原理電路圖原理電路圖u1u2u1u2u1u2 在傳輸線變壓器中，線間的分布電容不影響高頻能量的傳輸，電磁波以電磁能交換的形式在導(dǎo)線間介質(zhì)中傳播的。 LOGO(1) 1：1傳輸線變壓器 3. 常用傳輸線變壓器分析常用傳輸線變壓器分析 1：1傳輸線變壓器，又叫倒相變壓器。當(dāng)傳輸線無(wú)損時(shí)，可以認(rèn)為u1=u2和i1=i2。usRLRsu1u2i1i2 1：1傳輸線變壓器具有最大的功率輸出。但實(shí)際上，在各種放大電路中RL正好等于信號(hào)

18、源內(nèi)阻的情況是很少的。因此，1：1傳輸線變壓器很少用作阻抗匹配元件，而更多的是用來(lái)作為倒相器，或進(jìn)行不平衡-平衡以及平衡-不平衡轉(zhuǎn)換。 如果傳輸線的特性阻抗： oLZC傳輸線輸出端的等效阻抗為：22 42uZi輸入端（1、3端）的等效阻抗為 ：11 32 41uZZi為了實(shí)現(xiàn)傳輸線變壓器與負(fù)載的匹配，要求： 2 4LZR1：1傳輸線變壓器，最佳匹配狀態(tài)應(yīng)該滿足 ：01 32 4LSZZZRR為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)源與傳輸線變壓器的匹配，要求： 1 3SZR滿足最佳功率傳輸條件的傳輸線特性阻抗為：oSLZRRLOGOusRsusususRsRsRLRLRLRLRsu1u1u2u2i2i1i1+ i2(2)

19、 1：4和4：1傳輸線變壓器3. 常用傳輸線變壓器分析常用傳輸線變壓器分析 1：4傳輸線變壓器是把負(fù)載阻抗降為1/4倍以便和信號(hào)源相匹配。在負(fù)載匹配的條件下，有 u1=u2=u和，i1=i2=i 由于變壓器的1端與4端相連，輸入端1端與3端的電壓為u，負(fù)載RL上的電壓為u1+u2=2u，輸入端1的電流為i1+i2=2i，且u1u1u2u2i22ui1i1+ i2+2u-i傳輸線變壓器把負(fù)載RL變換為RL/4，實(shí)現(xiàn)了1：4的阻抗變換。 如果把輸入端和輸出端對(duì)調(diào)就成為4：1傳輸線變壓器。4：1傳輸線變壓器把負(fù)載阻抗升高4倍和信號(hào)源匹配，由電壓電流關(guān)系不難證明該變壓器具有4：1的阻抗變換作用。 iL

20、2uiR傳輸線變壓器的輸入阻抗為 ：L1 3L2242RuuZuiRLOGO4.6 功率合成器功率合成器 利用多個(gè)功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大利用多個(gè)功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大, 然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)相加然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)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)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術(shù)。功率合成技術(shù)。1P，則，則N個(gè)負(fù)個(gè)負(fù)載上得到總功率為載上得到總功率為 1NP。 （1 1）功率相加條件。即若有）功率相加條件。即若有N N個(gè)相同功率放大個(gè)相同功率放大器，每個(gè)功率放大器為匹配負(fù)載提供額

21、定的功率器，每個(gè)功率放大器為匹配負(fù)載提供額定的功率 理想的功率合成器不但應(yīng)具有功率合成的功理想的功率合成器不但應(yīng)具有功率合成的功能，還必須滿足下列條件：能，還必須滿足下列條件：LOGO （2）相互無(wú)關(guān)條件。即）相互無(wú)關(guān)條件。即N個(gè)功率放大器彼此是隔離個(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。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）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，

22、但下降要盡可能壞時(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)目小。在理想情況下，減少值等于損壞放大器數(shù)目M與額與額定功率定功率 1P的乘積，即的乘積，即M 1P。 LOGO 右圖為采用右圖為采用7個(gè)功率增益為個(gè)功率增益為2，最大輸出功率為最大輸出功率為10 W的高頻功放，的高頻功放，利用功率合成技利用功率合成技術(shù)，可以獲得術(shù)，可以獲得40W的功率輸出。的功率輸出。圖 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)，首合一的功率合成器。很顯然，討論功率

23、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)。先應(yīng)該討論功率分配和功率合成網(wǎng)絡(luò)。LOGO 實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)鍵是魔鍵是魔T型混合網(wǎng)絡(luò)型混合網(wǎng)絡(luò)（Hybrid Circuit）。魔）。魔T型型混合網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)端點(diǎn)，分別混合網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)端點(diǎn)，分別是是A端、端、B端、端、C端和端和D端，端，如圖如圖1所示。它的作用是：所示。它的作用是： 1C端為同相功率合成端。當(dāng)端為同相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值兩端輸入等值而而D D端端負(fù)載負(fù)載 DR上無(wú)功率輸出。上無(wú)功率輸出。 CR上獲得兩輸入功率的合成，上獲得兩輸入功率的合成，同相功率時(shí)，同相功率時(shí)，C C端負(fù)載端負(fù)載 圖1 功率合成示

24、意圖 LOGO D D端為反相功率合成端。當(dāng)端為反相功率合成端。當(dāng)A A、B B兩端輸入等值反兩端輸入等值反相功率時(shí)，相功率時(shí)，D D端負(fù)載端負(fù)載 DR上獲得兩輸入功率的合成，而上獲得兩輸入功率的合成，而C端端負(fù)載負(fù)載 上無(wú)功率輸出。上無(wú)功率輸出。 CR間滿足特定關(guān)系時(shí)，間滿足特定關(guān)系時(shí)，當(dāng)當(dāng)C端和端和D端的負(fù)載端的負(fù)載 DRCR、 A A、B B兩輸入端彼此隔離。即任一端功率放大器的工作狀兩輸入端彼此隔離。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)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。態(tài)，并維持其原輸出功率。 LOGO4利用該

25、網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng)利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng) ABRR時(shí)，加在時(shí)，加在D端的功率放大器將其輸出功率均等地端的功率放大器將其輸出功率均等地輸出；加到輸出；加到C C端的功率放大器將其輸出功率均等地分配端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給給AR和和 BR且它們之間是同相的，而且它們之間是同相的，而D端無(wú)功率輸出。端無(wú)功率輸出。 ，且它們之間是反相的，而，且它們之間是反相的，而C端無(wú)功率端無(wú)功率AR和和 BR分配給分配給LOGO4.6.2 魔魔T網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配器和功率合成器器和功率合成器, 且具有

26、頻帶寬、且具有頻帶寬、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)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然后可進(jìn)一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。電路。 圖圖2所示的網(wǎng)絡(luò)就所示的網(wǎng)絡(luò)就具有上述特性，它既可具有上述特性，它既可以作功率分配，又可作以作功率分配，又可作功率合成，因此稱之為功率合成，因此稱之為魔魔T網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。 圖2 魔T網(wǎng)絡(luò) LOGO 魔魔T網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)由4：1傳傳輸線變壓器和相應(yīng)的輸線變壓器和相應(yīng)的AO、BO、CO、DD四四條臂組成，其中條臂組成，其中DD臂臂是平衡臂，臂的兩端均是平衡臂，臂的兩端均不接地。不接地。 傳輸線變壓器的特性阻抗傳輸線變壓器的特性阻抗 CZ和每

27、條臂上的阻值（負(fù)載和每條臂上的阻值（負(fù)載電阻或信號(hào)源內(nèi)阻）滿足以下關(guān)系：電阻或信號(hào)源內(nèi)阻）滿足以下關(guān)系： ABCRRZR12CRR2DRR一魔一魔T T網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖2 魔T網(wǎng)絡(luò) LOGO當(dāng)當(dāng) AO、BO上接有相同的信號(hào)源，上接有相同的信號(hào)源， abVVV且內(nèi)阻為且內(nèi)阻為R R，見(jiàn)圖，見(jiàn)圖3 3所示。所示。設(shè)各臂的電流方向如圖設(shè)各臂的電流方向如圖示，則有示，則有二魔二魔T T網(wǎng)絡(luò)的功能網(wǎng)絡(luò)的功能1 1功率合成功率合成圖3 功率合成網(wǎng)絡(luò) adIIIbdIIILOGO將上面兩式相加或相減，分別得到將上面兩式相加或相減，分別得到 2abcIIII及及 1()2dabIII 設(shè)設(shè)AO、

28、BO兩臂的兩臂的信號(hào)源的正負(fù)極性如圖信號(hào)源的正負(fù)極性如圖3（a）所示，稱之為同相）所示，稱之為同相源，則此時(shí)電流源，則此時(shí)電流 aI、 bI為正。為正。 圖3 功率合成網(wǎng)絡(luò) adIIIbdIIILOGO 鑒于鑒于AOAO、BOBO為同相源，為同相源，故稱為同相功率合成。故稱為同相功率合成。 由于電路對(duì)稱，所以由于電路對(duì)稱，所以 abII，則，則 22cabIII， 0dI 可將電路等效為圖可將電路等效為圖3（b）所示。）所示。CO臂上的臂上的 2R可以可以看作兩個(gè)電阻看作兩個(gè)電阻R的并聯(lián)，所以的并聯(lián)，所以AO、BO兩支路上的信號(hào)兩支路上的信號(hào)AOaPI VBObPI V22COcabAOBOP

29、I VI VI VPP源均工作于匹配狀態(tài)，輸出額定功率源均工作于匹配狀態(tài)，輸出額定功率圖圖3（b）LOGO當(dāng)當(dāng)AO、BO兩臂的信號(hào)源為反相源時(shí)，即兩臂的信號(hào)源為反相源時(shí)，即 abVVV 20cII傳輸線上無(wú)電傳輸線上無(wú)電流，可將其開流，可將其開路。路。則則 為負(fù)，因此為負(fù)，因此 bI圖3 功率合成網(wǎng)絡(luò) LOGOAO、BO兩臂上的兩信兩臂上的兩信號(hào)源工作于匹配狀態(tài)，號(hào)源工作于匹配狀態(tài)，它們的輸出功率為它們的輸出功率為 AOaPI VBObPI V在在 DD臂上得到合成功率，臂上得到合成功率，輸出功率為輸出功率為 222DOdddabAOBOPV IVIVIVIPP鑒于鑒于AO、BO為反相源，故稱

30、為反相功率合成。為反相源，故稱為反相功率合成。 得到圖得到圖3（C）所示等效電路。）所示等效電路。 dabIII2dVV， 圖圖3（C）LOGO 若信號(hào)源接若信號(hào)源接在在CO臂，見(jiàn)圖臂，見(jiàn)圖4（a）。其輸出功）。其輸出功率同相地（見(jiàn)圖中率同相地（見(jiàn)圖中 aI、 bI平均分配給平均分配給AOAO、BOBO臂上的負(fù)載臂上的負(fù)載，DD臂上無(wú)電流。即臂上無(wú)電流。即CO臂與臂與DD臂相互隔離。臂相互隔離。2 2功率分配功率分配圖4 同相功率分配 同相分配：同相分配：方向，均流向地）方向，均流向地）LOGO由電路可知，由電路可知，時(shí)，電路對(duì)稱，時(shí)，電路對(duì)稱， 0dI ， 0DP ，D端無(wú)輸出。而又已知傳輸

31、線變壓器的端無(wú)輸出。而又已知傳輸線變壓器的始端電壓與終端電壓相等，即始端電壓與終端電壓相等，即 cabcVVabVV，因而，因而 圖4 同相功率分配 ABRRR當(dāng)當(dāng)LOGO所以有所以有 0babccaVVVV因此必有因此必有 0cabcVVA、B、C三個(gè)點(diǎn)短路，得到圖三個(gè)點(diǎn)短路，得到圖4（b）電路?？梢?jiàn)在規(guī)定）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，的各臂阻值條件下，信號(hào)源與負(fù)載匹配， 22cababIIIIICO臂上信號(hào)源輸出額定功率臂上信號(hào)源輸出額定功率 22CcabPI VI VI V而而AO、BO上獲得地同相等功率信號(hào)上獲得地同相等功率信號(hào) 2142SAOBOabCVPPI

32、 VI VPR圖4 同相功率分配 傳輸線上無(wú)電壓。傳輸線上無(wú)電壓。可將傳輸線變壓器的可將傳輸線變壓器的LOGO信號(hào)源接在信號(hào)源接在DD臂，見(jiàn)圖臂，見(jiàn)圖5。其輸出功率。其輸出功率上的負(fù)載，上的負(fù)載，CO臂上無(wú)電流。臂上無(wú)電流。 圖5 反相功率分配 aIbI、 方向方向分配給分配給AO、BO臂臂反相地反相地 見(jiàn)圖見(jiàn)圖5 5（a a）中）中反相分配：反相分配： 由電路由電路可知，當(dāng)可知，當(dāng) ABRRR時(shí)，由于電路時(shí)，由于電路對(duì)稱，必有對(duì)稱，必有 COVV， 0CI ， 0CP LOGO得圖得圖5（b）等效電路。由圖知，）等效電路。由圖知， abdIII可見(jiàn)在規(guī)定的各臂阻值下，信可見(jiàn)在規(guī)定的各臂阻值下

33、，信號(hào)源與負(fù)載匹配。信號(hào)源輸出號(hào)源與負(fù)載匹配。信號(hào)源輸出的額定功率的額定功率 DdPI VAO、BO上獲得反相等功率輸出。上獲得反相等功率輸出。1222AOBOabDVVPPIIPC端無(wú)輸出。由于傳輸線上兩端無(wú)輸出。由于傳輸線上兩電流相等，因此有電流相等，因此有 0CIII，傳輸線上無(wú)電流。可將傳輸線開路，傳輸線上無(wú)電流。可將傳輸線開路， 圖5 反相功率分配 LOGO4.6.3 4.6.3 功率合成電路介紹功率合成電路介紹 圖圖7是典型的反相功率合成原理電路。是典型的反相功率合成原理電路。 圖7 反相功率合成電路舉例 LOGO內(nèi)阻為內(nèi)阻為 20SR 的信號(hào)源，以單端輸入方式送入，經(jīng)的信號(hào)源，以

34、單端輸入方式送入，經(jīng) 1rT轉(zhuǎn)換，將不平衡轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶舛?，送入魔轉(zhuǎn)換，將不平衡轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶舛?，送入魔T網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 2rT的平衡臂的平衡臂DD端，實(shí)現(xiàn)反相功率分配。由于兩晶體管的輸入電阻為端，實(shí)現(xiàn)反相功率分配。由于兩晶體管的輸入電阻為 2.5iR ， 3rT和和 4rT兩個(gè)兩個(gè)4:1阻抗變換器將阻抗變換器將 sR變換為晶體變換為晶體管的匹配電阻。晶體管的輸出最佳負(fù)載電阻為管的匹配電阻。晶體管的輸出最佳負(fù)載電阻為 25oR 由于兩放大器工作在乙類推挽狀態(tài)，輪流導(dǎo)通，由于兩放大器工作在乙類推挽狀態(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)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)

35、 5rT實(shí)實(shí)現(xiàn)反相合成?，F(xiàn)反相合成。 LOGO6rT作為平衡轉(zhuǎn)換為不平衡網(wǎng)絡(luò)，將合成后的功率作為平衡轉(zhuǎn)換為不平衡網(wǎng)絡(luò)，將合成后的功率各傳輸線變壓器的特性阻抗應(yīng)為各傳輸線變壓器的特性阻抗應(yīng)為 120CZ210CZ345CCZZ 525CZ650CZ信號(hào)以單端形式送至負(fù)載（信號(hào)以單端形式送至負(fù)載（ ）天線。其中）天線。其中50Ar 反相功率合成電路的優(yōu)點(diǎn)是：輸出沒(méi)有偶次諧波，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?。惠斎腚娮璞葐芜吂ぷ鲿r(shí)高，因而引線電因此失真較小；輸入電阻比單邊工作時(shí)高，因而引線電感的影響減小。感的影響減小。 LOGO 圖8 同相功率合成電路舉例 圖圖8表示一個(gè)典型

36、的同相功率合成器電路，圖中表示一個(gè)典型的同相功率合成器電路，圖中 1rTLOGO1rT6rT為魔為魔T混合網(wǎng)絡(luò)?；旌暇W(wǎng)絡(luò)。 同相功率分配網(wǎng)絡(luò)，它的作用是同相功率分配網(wǎng)絡(luò)，它的作用是將將C端的輸入功率平均分配，供給端的輸入功率平均分配，供給A端與端與B端同相激勵(lì)端同相激勵(lì)功率。功率。為同相功率合成網(wǎng)絡(luò)，它的作用是將兩個(gè)晶體為同相功率合成網(wǎng)絡(luò)，它的作用是將兩個(gè)晶體6rT管輸至管輸至 A、B兩端的功率在兩端的功率在C端合成，供給負(fù)載。端合成，供給負(fù)載。 3rT4rT5rT2rT與與 、 、 分別為分別為4:1 與與1：4阻抗變換器，它阻抗變換器，它們的作用是完成阻抗匹配。晶體管發(fā)射極接入們的作用是完

37、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。各基極串的負(fù)反饋電阻，用來(lái)提高晶體管的輸入阻抗。各基極串LOGO 在同相功率合成器中，由于偶次諧波在輸出端是相在同相功率合成器中，由于偶次諧波在輸出端是相加的，因此輸出中有偶次諧波存在，這是不如反相功率加的，因此輸出中有偶次諧波存在，這是不如反相功率合成電路的地方（反相功率合成電路中的偶次諧波在輸合成電路的地方（反相功率合成電路中的偶次諧波在輸出端互相抵消）。出端互相抵消）。 1rTD端所接的端所接的200 與與400 電阻是電阻是 與與 6rT的假負(fù)載電阻。的假負(fù)載電阻。 電阻作為提高輸入電阻與防止寄生振蕩之用。電阻

38、作為提高輸入電阻與防止寄生振蕩之用。聯(lián)的聯(lián)的2222LOGO本本 章章 小小 結(jié)結(jié)高頻諧振功率放大器可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。相比高頻諧振功率放大器可以工作在甲類、乙類或丙類狀態(tài)。相比之下，丙類諧振功率放大器的輸出功率雖不及甲類和乙類大，但之下，丙類諧振功率放大器的輸出功率雖不及甲類和乙類大，但效率高，節(jié)約能源，所以是高頻功率放大器中經(jīng)常選用的一種電效率高，節(jié)約能源，所以是高頻功率放大器中經(jīng)常選用的一種電路形式。丙類諧振功率放大器效率高的原因在于導(dǎo)通角路形式。丙類諧振功率放大器效率高的原因在于導(dǎo)通角小，集電小，集電極功耗減小，但此時(shí)放大器的集電極電流波形失真。采用極功耗減小，但此時(shí)放大器的集電極電流波形失真。采用LC諧振諧振網(wǎng)絡(luò)作為放大器的負(fù)載，可克服工作在丙類時(shí)產(chǎn)生的失真。由于網(wǎng)