功放的寬帶匹配設(shè)計(jì)

功放是發(fā)射機(jī)的核心器件，不管我們是做什么行業(yè)的，目標(biāo)都是把信號(hào)放大發(fā)出去，能發(fā)多遠(yuǎn)，發(fā)出去的信號(hào)質(zhì)量好壞，發(fā)射機(jī)工作效率等，功放都起到一個(gè)絕對(duì)性的作用。

今天就來講一下功放的匹配設(shè)計(jì)。

功放的匹配主要有三個(gè)目的：

ü最大功率傳輸

ü改進(jìn)系統(tǒng)信噪比

ü降低振幅和相位誤差

功放的匹配設(shè)計(jì)，網(wǎng)上有很多的教程，ADS仿真都可以找到案例，本文就不一一展開，我們需要理解的是仿真的步驟是在做什么。

仿真匹配的目標(biāo)是為了功放的功率的最大傳輸。最大傳輸?shù)淖龇ň褪禽斎胼敵龅墓曹椘ヅ?。上圖就是沒有找到收斂圓。

共軛匹配的關(guān)鍵就是找到最佳阻抗點(diǎn)。做source-pull和loadpull的時(shí)候關(guān)鍵就是要調(diào)整圓心和半徑找到收斂點(diǎn)，通過調(diào)整圓心的位置和阻抗，把收斂圓找到。

找到最佳阻抗就可以按照共軛匹配的原則去做共軛匹配設(shè)計(jì)。

對(duì)于功放的匹配，特別是寬帶匹配一般采用一下幾個(gè)方法。

1.Bode-Fano約束條件

ü對(duì)于給定的負(fù)載，需要犧牲通帶內(nèi)的反射系數(shù)，才能得到較寬的通帶；

ü通帶內(nèi)的反射系數(shù)不能為0，除非帶寬為零；

ü當(dāng)R或者C增加時(shí)，匹配質(zhì)量下降（帶寬或反射系數(shù)），所以高Q電路比低Q電路更能匹配。

按照等Q圓匹配，就是Bode-Fano約束條件來。

2.巴倫阻抗變換

設(shè)計(jì)阻抗變換器，實(shí)現(xiàn)阻抗R1到R2的阻抗變換；

設(shè)：阻抗R1/R2=k*k，R1>R2，同軸線特性阻抗為Z0；

則流經(jīng)R1和R2的電流之比：I1:I2=1:k；

R1:Z0:R2=1:k:k*k；??? Z0=R1/k=k*R2=√R1*R2;

I1*I1*R1=I2*I2*R2,能量守恒（理想情況變壓器不消耗能量）；

不同阻抗的仿真結(jié)果，50歐，長度12mm

30歐姆，12mm

做巴倫匹配，除了線的阻抗對(duì)匹配影響，線的長度也有影響

30歐姆，5mm

巴倫匹配的時(shí)候?yàn)榱丝s短線的長度，一般用磁芯來減小線的長度，對(duì)于磁芯要注意磁芯電感和磁芯功率容量的選擇，由于電路損耗，磁芯會(huì)累積較多的熱量，進(jìn)而會(huì)引起磁芯溫度的急劇升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致磁芯的磁導(dǎo)率下降，影響同軸變換器的低頻響應(yīng)。

3.平衡型功放

平衡式放大器不僅可以獲得較好的增益平坦度，而且可以大大改善輸入輸出駐波比，是一種較為實(shí)用的寬帶功放電路結(jié)構(gòu)。平衡式放大器由2個(gè)3dB寬帶正交耦合器和2個(gè)放大器組成。

輸入信號(hào)在A端經(jīng)過3dB耦合器分成兩路，在B，C端的信號(hào)幅度相等，相位相差90?，通過正交耦合器的相關(guān)原理可知，這兩路信號(hào)輸入反射功率在A端口幅度相等，相位差為180 ?，反射信號(hào)正好相互抵消，在D端口反射信號(hào)相互疊加通過50?匹配負(fù)載吸收。同理，輸出功率在輸出耦合器的c端同相疊加，在b端反相抵消。可以看出即使單個(gè)放大器的輸入輸出端不匹配，只要兩只放大器的特性一致，信號(hào)反射功率在平衡放大器的輸入輸出端相互抵消，可以極大的

改善輸入輸出端的駐波比。

平衡式放大器的優(yōu)點(diǎn):

（1）對(duì)單個(gè)放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候可以優(yōu)先對(duì)增益平坦度，輸出功率進(jìn)行設(shè)計(jì)，單個(gè)放大器的輸入輸出駐波比即使不好，只要兩個(gè)放大器保持一致，平衡式放大器的駐波比也可以很好。

（2）平衡式放大器的輸出功率是單個(gè)放大器的2倍，對(duì)于輸出功率較小的寬帶放大器，使用平衡式放大器進(jìn)行功率合成，可以增大功率輸出。

（3）平衡式放大器的可靠性高，即使一個(gè)放大器損壞，電路仍然可以正常工作，只是增益會(huì)下降6dB。

（4）平衡式放大器的穩(wěn)定性好，由于端口與端口之間不存在反射波，理論上電路是絕對(duì)穩(wěn)定的。

4.負(fù)反饋

射頻功率放大管的增益隨頻率的增高而下降，一般情況下，每增加一個(gè)倍頻程，增益下降約6dB。在窄帶電路中，增益隨頻率的增高而下降的情況可以忽略不計(jì)，但在多倍頻程電路中，必須考慮對(duì)低頻增益的壓制。

通過輸出端到輸入端的負(fù)反饋可以降低低頻端的增益，補(bǔ)償放大器增益隨著頻率增加的下降，從而使放大器在整個(gè)頻帶內(nèi)獲得平坦的增益，可以有效的展寬功放的工作頻帶。

負(fù)反饋式放大器分為串聯(lián)負(fù)反饋和并聯(lián)負(fù)反饋

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█?最后的話

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