功率合成在射頻中的應(yīng)用

1、-. z.功率合成技術(shù)在射頻中的應(yīng)用*工學(xué)院摘要：在高頻功放中,當(dāng)需要的輸出功率超過(guò)單個(gè)器件所能輸出的功率時(shí),可以將幾個(gè)器件的輸出功率疊加起來(lái),以獲得足夠大的輸出功率,為功率合成技術(shù)。功率合成技術(shù)在射頻領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,尤其在大功率發(fā)射機(jī)中功率合成技術(shù)的重要性更加突出,幾千瓦至幾十千瓦的射頻功率是靠功率合成技術(shù)得到的,功率合成技術(shù)是大功率發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。關(guān)鍵詞：功率合成技術(shù)；射頻；應(yīng)用概述功率合成技術(shù)，主要用于功率的合成與分配(有隔離作用)及阻抗變換。射頻功率合成技術(shù)是當(dāng)今播送電視電信設(shè)備中的核心技術(shù)。射頻功率分配合成理論早為科學(xué)家提出,早期該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用受到了元器件的制約。隨著全球進(jìn)

2、入電子信息時(shí)代,現(xiàn)代半導(dǎo)體元器件制造工藝得到極大提高,原有的電子管發(fā)射機(jī)已根本汰,取而代之的是以功率合成技術(shù)為主體的固態(tài)型發(fā)射、數(shù)字發(fā)射,發(fā)射功率可做到幾千瓦至幾百千瓦。且體積小,能耗低,效率高。了解分析功率合成技術(shù)對(duì)于我們學(xué)習(xí)掌握固態(tài)機(jī)的維護(hù)知識(shí)十分重要。 嚴(yán)志剛射頻功率合成技術(shù)J*播送中心臺(tái)發(fā)射技術(shù)，200302 功率合成技術(shù)主要用于功率的合成與分配有隔離作用及阻抗變換(一)功率相加條件必要條件當(dāng)有m個(gè)同類型的功率放大單元電路,共同輸出推動(dòng)一個(gè)匹配負(fù)載時(shí),其中每一個(gè)放大單元輸出功率Po均相等,總的輸出功率為mPo(二)各功放單元彼此互不相關(guān)條件充要條件一個(gè)理想的功率合成電路，除了能夠毫無(wú)損

3、失的合成各功率放大器的輸出功率外，還應(yīng)具有良好的隔離作用，即其中任一放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化或者遭到破壞時(shí)，不會(huì)引起其他放大器工作狀態(tài)發(fā)生變化，不影響它們各自的輸出功率，功率合成器的組成由射頻推動(dòng)、射頻推動(dòng)功率分配、功放組合、功率合成、匹配負(fù)載五局部組成。而重點(diǎn)討論射頻分配與功率合成的問(wèn)題。 胡宴如,耿蘇燕.高頻電子線路. ：高等教育. 2009.01射頻功率合成與分配射頻功率合成并不是說(shuō)參與合成的各個(gè)放大單元電路的輸出代數(shù)和,每一個(gè)功放單元的輸出均為矢量,故功放合成為矢量合成。綜上所述,我們只要求功率合成之后,輸出僅在幅度上的疊加且到達(dá)最大,而不產(chǎn)生新的頻率成分和相移。 NOTEREF _R

4、ef1837 h 2射頻分配與合成技術(shù)應(yīng)用很廣,但由于工程應(yīng)用中各類不同的設(shè)備工作頻段不同,分配合成網(wǎng)絡(luò)電路形式各不一樣。在微波設(shè)備中,由于波長(zhǎng)很短,頻率很高,導(dǎo)線對(duì)傳輸?shù)南辔挥绊戄^大,所以通常采用正交橋式傳輸線功率分配與合成器。而在調(diào)頻播送和電視設(shè)備中,由于設(shè)備工作在相對(duì)低些的頻率上,除采用以上原理之外,通常應(yīng)用傳輸線變壓器原理。在低于的設(shè)備中,一般都采用高頻變壓器進(jìn)展功率分配合成。下面分別做以簡(jiǎn)介。(一)正交橋式傳輸線功率分配器如圖1所示。正交橋式功率分配合成器是一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)器件,它由兩個(gè)導(dǎo)體組成,這些導(dǎo)體被封閉在一個(gè)屏蔽體內(nèi),所處的位置其電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度均一樣,導(dǎo)體之間將按照物理學(xué)規(guī)律在對(duì)

5、方引起感應(yīng)電流。使它的輸出端產(chǎn)生一個(gè)同相端和一個(gè)相移-90輸出端。(二)傳輸線變壓器功率分配合成器該合成網(wǎng)絡(luò)利用傳輸線變壓器組成功率分配合成網(wǎng)絡(luò)如圖2所示圖2 傳輸線變壓器網(wǎng)絡(luò)為了滿足要求,通常取Ra=Rb=Zc=RRc=Zc/2=R/2Rd=2Zc=2R此處Zc=R為傳輸線變壓器的特性阻抗。這樣網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)線圈對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)所通過(guò)的電流必然大小相等、且相位相反,變壓器輸入輸出端電壓的振幅也是相等的。當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)用于功率分配時(shí),根據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱性,如果從C端饋入信號(hào),則a、b兩端可得到對(duì)地而言大小相等、相位一樣的兩個(gè)信號(hào),而d端無(wú)信號(hào)輸出；如果從d端饋入信號(hào),則在a、b兩端得到大小相等而相位相反的兩個(gè)信號(hào)

6、,而C端無(wú)輸出。可以看出該網(wǎng)絡(luò)用于功率分配時(shí),在Ra、Rb上獲得相等的功率,且為輸人功率的一半,而c、d兩端則互相隔離,并且互不影響。 NOTEREF _Ref2082 h 3(三)高頻變壓器功率分配 REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h REF _Ref20811 n h 錯(cuò)誤！未找到引用源。 REF _Ref20811 n h 通常在以下的設(shè)備

7、中采用高頻變壓器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展功率分配。如圖3所示。圖中變壓器的匝比K相等,R1=R2=Rm。射頻鼓勵(lì)電壓從R端輸人,則在R1、R2、Rm上獲得一樣的射頻電壓,其值為U1=U2=.=Um二,如果在變壓器次級(jí)選用等長(zhǎng)的導(dǎo)線,則輸出電壓的相位也必然一樣,或相反。 孫玉平,李新民.射頻功率合成技術(shù)分析J. 西部播送電視. 2013(05) 圖3 高頻變壓器分配器高頻變壓器網(wǎng)絡(luò)功率合成器如圖4所示,圖中變壓器的匝比相等,R1=R2=.=Rm。,射頻功率從R1、R2、Rm二端饋人,則可得：圖4 高頻變壓器合成器在變壓器的初級(jí)U1=U2=Um=UI1=I2=Im=IR1=R2=Rm=U/IP1=P2=Pm=P在

8、變壓的次級(jí)UL1=UL2=ULm=U/KUL=UL1+UL2+ULm=mU/KIL=UL/RL=KIRL=UL/IL=mR0/K2PL=UL*IL=K*I*kU/K=mIU=mP可以看出這種方式完全符合功率相加條件必要條件。在n個(gè)功放單元電路短路缺損的情況下,n個(gè)功放單元變壓器初級(jí)短路而無(wú)電壓輸出。無(wú)故障的功放單元輸出電壓不變,則合成變壓器次級(jí)的狀態(tài)為UL=(m-n)U/KIL=(m-n)/m)*KIPL=(m-n)/m)2*PL由此可以看出,在功放短路性缺損的情況下,不但總的輸出功率下降了,而且由于輸人輸出阻抗的變化導(dǎo)致每個(gè)功放初級(jí)的輸出功率也下降了。缺損越多則這個(gè)變化就越大。五、10KW一

9、DAM發(fā)射機(jī)功率分配與合成(一)功率分配762廠生產(chǎn)的10KW一DAM發(fā)射機(jī)和哈廣生產(chǎn)的循環(huán)編碼制10KW一DAM發(fā)射機(jī)在功率分配合成上是一致的,均采用了三塊功放模板作為推動(dòng)輸出,輸人電壓峰峰值為22V,115V供電,變壓器分配,當(dāng)正常時(shí)工作電流為3.2A,但當(dāng)大臺(tái)階功放模塊損壞時(shí),由IRF350即控制極對(duì)地短路,所以使推動(dòng)級(jí)負(fù)載加重,在功放模塊損壞較多時(shí),容易造成欠鼓勵(lì)故障,同時(shí)推動(dòng)級(jí)總電流可到達(dá)5A。(二)功率合成采用42個(gè)大臺(tái)階功放,六個(gè)二進(jìn)制功放,負(fù)載阻抗RL=4,供電電壓230V,通常情況下,由13只功放模塊工作就可以保證10kw載波功率,變壓器匝比為17:1。則每個(gè)功放的工作情況如下：在匹配的情況下,功放模塊匹配負(fù)載R0=RLK2/m=4*172/18=64輸出的載波電壓U0=4(230