短波寬帶低壓功率放大器的設計與實現

摘要：對設計的低壓寬帶功放的指標進行了介紹，并對設計功放所涉及的理論進行研究和討論，在對所選用的功放管在廠家沒有提供S參數的情況下進行了相關單管測試和驗證，給出了參數優化后結果，根據分析以及計算后對功率放大器進行設計，對功率放大器做了硬件設計調試，并給出板級相關指標的測試結果。結果表明，該設計符合要求。
關鍵詞：負反饋；非線性特性；功率回退；傳輸線變壓器

0 引言
功率放大器在無線通信系統中是一個不可缺少的重要組成部分。隨著通信體制的發展，功率放大器進入了快速發展的階段。目前功放的主要應用趨向微波頻段，尤其是民用的井噴式發展，相對地1．6～30 MHz的功放應用越來越少，隨之此頻段的可選功放管的研發新品也隨之減少，在功放指標不斷被要求提高的前提下，這就造成此頻段功放的設計的困難增加，其中寬帶低壓大功率功放的設計最為困難。

1 指標要求
該項目是軍用短波發射機部分的重要組成部分，根據項目的的具體使用場合和環境特點，按照GJB規定和整機要求，對于功率放大器提出以下指標要求：
(1)頻率范圍：1．6～29．9999MHz；
(2)輸出功率：單音功率為100 W(AVG)，雙音峰包功率為100W；
(3)激勵幅度：單音0 dBm(50 Ω阻抗)；
(4)增益：50 dB；
(5)增益平坦度：±1dB；
(6)功耗：在輸出功率100 W，電源電壓13．8V條件下，電流小于16A；
(7)工作電壓：11～17 V能夠正常工作；
(8)測試電壓：12．5 V，13．8V；
(9)三階互調：小于等于-32 dB(測試條件為：雙信號、間隔0．67 kHz，平均功率50 W，PS=13．8V；
(10)諧波：偶次諧波小于等于-20 dB，奇次諧波小于等于-13dB。

2 線路方案
采用對管推挽電路、負反饋電路和傳輸線變壓器，可以滿足增益平坦度的要求。功率放大單元由激勵放大級、末前級放大級、末級功率放大級、Ⅱ型衰減輸入網絡、偏置電路、總流控制和溫度控制電路組成。根據射頻輸入信號幅度和輸出功率的要求計算功放總增益：
VIN=0 dBm；POUT=50 dBm；GP=50 dB
根據功放總增益和頻帶范圍(1．6～30 MHz)，功放按三級設計。增益分配和每級采用的電路形式分別為：第一級采用甲類工作狀態，增益大于25 dB，輸出功率約25 dBm；末前級采用甲乙類工作狀態，增益大于16dB，輸出功率約41 dBm；末級采用甲乙類工作狀態，增益大于12 dB，輸出功率約為53 dBm。
各級之間采用傳輸線變壓器耦合，磁性材料選用進口雙孔磁環，磁通密度一致性好，對于全頻段的增益平坦度大有好處。利用傳輸線變壓器在寬頻帶范圍內傳送高頻能量和實現兩極放大器之間的匹配和末級放大與負載之間的阻抗匹配。由于受低壓功放管市場奇少的限制，末級選用輸出功率為80 W的晶體管，末級采用對管推挽輸出，從而保證了功率的富余量。甲類功率放大器的優點是線性好、失真小，較好的噪聲系數，在1 dB壓縮點以下具有幾乎不失真的脈沖響應，在不同輸出電平時的通帶起伏小和在不同輸出電平時的相位和增益不變，在第一級采用了甲類工作狀態，以便獲得良好的線性。