數字電視發射機中功率放大器的設計方法

１．３ 匹配網絡設計

由于ＭＲＦ３７３沒有提供內匹配，所以要在放大電路中構建匹配網絡。數字電視反射系統中的放大電路工作在４７０ＭＨｚ～８６０ＭＨｚ，需要在寬頻帶范圍內實現阻抗匹配。寬帶放大器匹配電路設計的基本思想是：在放大器的輸入輸出及級間都采用電抗匹配網絡進行多級阻抗變換。該網絡只起匹配作用，不額外損耗功率，可以保證最大的傳輸系數，對器件特性起均衡作用，并可以滿足系統所需要的帶寬要求。

使用器件的ＩＶ曲線或者通過輸出功率、工作電壓等參數可以確定負載ＲＬ。為使輸出功率最大，用ＲＬ表示器件的內部漏極負載，以此作為輸出匹配電路的目標。如果一個網絡對一個復阻抗有最佳匹配，則網絡的輸出阻抗等于負載阻抗的復數共軛值。現在的負載阻抗是純實數ＲＬ，所以最佳輸出匹配電路反映到器件漏極負載的阻抗是ＲＬ的復數共軛值，即：

ＲＬ＝（ＶＤＤ－ＶＤＳ（ｓａｔ））２／２Ｐ

其中ＶＤＤ是工作電壓，ＶＤＳ（ｓａｔ）是拐點電壓，Ｐ是輸出功率。

根據上式可以算出，ＭＲＦ３７３的ＲＬ大約為６Ω。

本文中的放大電路采用分離元件和分布參數元件混合使用的方法。由于電感比電容有更高的熱損耗，所以在此類電路中通常避免使用電感，而使用高阻抗的傳輸線代替。混合類型的匹配網絡通常包括幾段串連的傳輸線以及間隔配置的并聯電容。該放大器的輸入匹配部分采用了四節連阻抗變換，輸出匹配采用五節連阻抗變換的混合電路形式。輸入、輸出匹配網絡拓撲圖如圖２、圖３所示。

２ 電路優化與仿真結果

由于數字電視發射系統要求放大電路必須工作在線性放大狀態，可以用小信號Ｓ參數法分析。借助器件廠商提供的小信號Ｓ參數文件，可以用ＡＤＳ對整個電路進行小信號Ｓ參數仿真，得到小信號增益、端口匹配、隔離及穩定因子Ｋ。表２為ＭＲＦ３７３在（Ｖｃｅ＝２６Ｖ、Ｉｃ＝５００ｍＡ）下的Ｓ參數。

用ＡＤＳ進行電路仿真并不能達到設計要求，需在此基礎上進行電路優化。當只有小信號Ｓ參數作為模型來設計功率放大器時，電路優化的步驟一般為：首先盡可能以ＲＬ（相對最大輸出功率的負載電阻）匹配為目標，優化和確定輸出匹配電路元件值；然后再優化輸入匹配電路的元件值，改善增益和輸入匹配電路。需要注意的是：在優化前，必須得到盡可能完整的輸出電路模型，然后在工作頻率下對其優化，達到與ＲＬ的最佳匹配。圖４為放大電路的仿真結果，圖５為電路最終優化結果。