宽带高频功率放大器

1、5.4宽带高频功率放大器以LC谐振回路为输出电路的功率放大器，因其相对通频带只有百分之几甚至千分之几， 因此又称为窄带高频功率放大器。这种放大器比较适用于固定频率或频率变换范围 较小的高频设备，如专用的通讯机、微波激励源等。除了LC谐振回路以外，常用于高频功放电路负载还有普通变压器和传输线变压器两类。这 种以非谐振网络构成的放大器能够在很宽的波段内工作且不需调谐，称之为宽带高 频功率放大器。以高频变压器作为负载的功率放大器最高工作频率可达几百千赫至十几兆赫，但当工作频率更高时，由于线圈漏感和匝间分布电容的作用，其输出功率将急 剧下将，这不符合高频电路的要求，因此很少使用。以传输线变压器作为负载

2、的功 率放大器，上限频率可以达到几百兆赫乃至上千兆赫，它特别适合要求频率相对变 化范围较大和要求迅速更换频率的发射机，而且改变工作频率时不需要对功放电路 重新调谐。本节重点分析传输线变压器的工作原理，并介绍其主要应用。5.4.15.4.1传输线变压器1 1传输线变压器的结构及工作原理传输线变压器是将传输线（双绞线、带状线、或同轴线）绕在高导磁率铁氧 体的磁环上构成的。如图 5-245-24（a a）所示为 1:11:1 传输线变压器的结构示意图。传输线变压器是基于传输线原理和变压器原理二者相结合而产生的一种耦合 兀件，它是以传输线方式和变压器方式同时进行能量传输。对于输入信号的高频频率分 量是

3、以传输线方式为主进行能量传输的；对于输入信号的低频频率分量是以变压器 方式为主，频率愈低，变压器方式愈突出。如图 5-245-24 (b)(b)为传输线方式的工作原理图，图中，信号电压从1 1、3 3 端输 入，经传输线变压器的传输，在 2 2、4 4 端将能量传到负载上。如果信号的波长与传输线的长度相比拟，两根导线固有的分布电感和相互间的 分布电容就构成了传输线的分布参数等效电路，如图5-245-24 (d)(d)所示。若认为分布参数为理想参数，信号源的功率全部被负载所吸收，而且信号的上限频率将不受漏 感、分布电容及高导磁率磁芯的限制，可以达到很高。在以变压器方式工作时，信号电压从1 1、2

4、 2 端输入，3 3、4 4 端输出。如图 5-245-24(c)(c)所示为变压器方式的工作原理图。由于输入、输出线圈长度相同，由图 5-245-24(c c)可知，这是一个 1:11:1 的倒相变压器。由上分析可见，传输线变压器具有良好的宽频带特性。2 2传输线变压器的应用上面我们对传输线变压器的结构及工作原理做了分析和讨论，下面介绍几种 常用的传输线变压器，按照变压器的工作方式，传输线变压器常用作极性变换，平 衡-不平衡变换和阻抗变换等。(1)极性变换團刃* 1:1仆 f .找住用馴射-枸立图越尊效如 ft传输线变压器作极性变换电路，就是前面提到的1:11:1 的倒相传输线变压器，如图

5、5-245-24 (c)(c)所示。在信号源的作用下，初级绕组 1 1、2 2 端有电压,其极性 1 1 端为正，2 2 端为负；在的作用下，通过电磁感应，在变压器次级3 3、4 4 端产生电压，且，极性为 3 3 端为正，4 4 端为负。由于 3 3 端接地，所以负载电阻上的电压与 3 3、4 4 端电压的极性相反，即实现了倒相作用。(2) 平衡-不平衡变换如图 4.264.26 是传输线用作平衡不平衡变换电路。图5-255-25 (a a)为平衡输入变换为不平衡输出电路。输入端两个信号源的电压和内阻均相等，分别接在地线的两 旁，称这种接法为平衡。输出端负载只是单端接地，称为不平衡。图5-2

6、55-25 (b b)为不平衡输入变换为平衡输出电路。(3) 阻抗变换为了使放大器阻抗匹配，传输线变压器必须具有阻抗变换作用。由于传输线 变压器的结构的特殊性，它不能象普通变压器那样，依靠改变初、次级绕组的匝数 比可以实现任何阻抗比的变换，而只能完成某些特定阻抗比的变换，如4:14:1、9:19:1、16:116:1 等，或 1:1: 4 4、1:1: 9 9、1:1: 1616=4=4R而R0-n图 5-25 零-不干愛快亀等。所谓 4:14:1，是指传输线变压器的输入电阻是负载电阻的四倍，即%/4，贝 U U 称为 1:1: 4 4 的阻抗变换。图 5-265-26（ a a）、（b b）

7、分别为 4:14:1 和 1:1: 4 4 的传输线变 压器的阻抗变换电路，图 5-265-26 （c c）、（d d）分别为与其相应的普通变压器形式的等 效电路。下面简要分析 4:14:1 阻抗变换原理。由图 5-265-26 (a a)、(c)(c)可知，若负载电阻上 的电压为U,流过的电流为 2 2I;则信号源的端电压为 2 2U，流出的电流为I，信号源两端的输入阻抗以及传输线变压器的特性阻抗分别为：(5-27(5-27)( (5-285-28)可见，输入阻抗为负载的四倍，即实现了4:14:1 阻抗变换为了说明传输线变压器在放大器中应用，图5-275-27 给出了一个两级宽带高频功率放大

8、器电路。其中和均为 4:14:1 阻抗变换传输线变压器,串联后作为第一级功放的输出匹配网络，总阻抗比为16:116:1 ;实现第一级功放的高输出阻抗与第二级低输入阻抗之间匹配；第二级功放输出与负载天线（50501）采用 4:14:1 阻抗变换传输线变压器，实现第二级功放输出与负载天线之间的匹配。SW7 祈配童带岛町功辜麒怎岖羸542542功率合成电路目前，由于技术上的原因，单个高频晶体管的输出功率一般只限于几十瓦至 几百瓦。当需要更大的输出功率时，目前广泛应用的方法就是采用功率合成电路。所谓功率合成电路，就是利用多个高频晶体管同时对输入信号进行放大，然 后将各功放输出的功率在一个公共负载上相加

9、。如图5-285-28 所示为常用的一种功率合成电路组成方框图。图中除信号源和负载外，还采用了两种基本组件：一种是用三角形表示的晶 体管功率放大器；另一种是用菱形表示的功率分配与合成电路。其中的分配与合成电路，就是利用前面介绍的传输线变压器构成的混合网络。图中虚线方框中所示为功率合成器的基本组成单元。图 5-295-29 为功率合成电路基本单元的一种线路，称为同相合成器。图中是功率分配网络，它的作用是将信号源输入的功率平均分配，供给A A、B B 端同相激励功率。是功率合成网络，它的作用是将晶体管输出至A、B两端同相功率合成供给负载。当、两晶体管输入电阻相等时，有，而心=2R*二 22 =4/1=4/1。正常工作时，两管输出电压相同，且等于负载电压，即，由于负载上的电流加倍，故负载上的功率是两管输出功率之和，即, ,此时平衡电阻上无损耗功率。图 5-295-29 同相功率合成电路(a a)原理图(b b)等效电路当两个晶体管因各种因素造成输出电压变化而不平衡时，相当于图5-295-29(b(b)等效电路中 和发生变化。根据传输线变压器原理，由产生， 由产生， 变化不会引起的变化。当 =0 0 时，负载电流减半，功率则减小为原来的 1/41/4， 管输图5 3G反向功率合成IM踣出的另一半功率消