一種寬帶射頻功率放大器的匹配電路設計

圖6 MRF6VP2600的輸入-輸出阻抗

輸出匹配電路中，由于功率管采用推挽式工作，所以在輸出端加入1:1巴倫實現不平衡-平衡變換。利用通用模型，下面的工作就簡化為同軸線與集總參數的匹配電路設計。同軸線的特征阻抗和電長度計算公式為：

式中，Er為內部填充介質的相對介電常數；D為外導體內徑；d是內導體外徑；為內導體系數，單股內導體時為1;C為空氣中光的速度；f為工作頻率，L為同軸線的長度。

公式5表明，電長度與頻率呈線性關系，且其長度越短，電長度受頻率的影響越小。

2.3仿真驗證

利用安捷倫公司的ADS工具進行輸出匹配電路設計與仿真，一般可采用大信號S參數仿真和諧波仿真，由于本文設計用于推挽式工作的匹配電路，所以選用更直觀的諧波平衡仿真。利用同軸線和巴倫的模型進行仿真的電路如圖7所示。

圖7 仿真原理圖

由于圖7的負載阻抗的實部是隨頻率增減而減少，所以在同軸變換器的兩端并聯電容。可以很容易對電路進行手動調諧和自動優化，最后的仿真結果如圖8所示。

圖8 （87.5-108）Mhz匹配阻抗

由圖6,圖8可以得到各頻點的反射系數；再根據反射系數與頻率的關系，可以求得匹配電路在工作頻帶的反射系數；最后根據匹配效率與反射系數的關系，求得匹配電路的匹配效率。具體結果見表1。

表1 反射系數與匹配效率的計算結果

從表1可以得到，匹配電路的在工作頻段內匹配效率達99.93%,實現了較好的匹配。

3總結

本文建立同軸變換器的理想模型和通用模型，提出一種新穎的和簡單的分析方法。通過分析，同軸線的特征阻抗和電長度對匹配電路的性能有很大影響。設計了一款推挽式MOSFET管的輸出匹配電路，仿真結果表明：匹配效率達99.93%.