225MHz～512MHz 50W功率放大器研制

本放大器模塊的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是帶寬和高線性功率，因此寬帶匹配技術(shù)是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。傳輸線變壓器寬帶性能的好壞與傳輸線變壓器的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，進(jìn)行晶體管寬帶匹配之前，首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)行傳輸線變壓器及晶體管匹配電路的設(shè)計(jì)。傳輸線變壓器設(shè)計(jì)利用傳輸線阻抗變換器來完成高阻的信號(hào)源或負(fù)載與低阻的功率晶體管輸入端或輸出端之間的阻抗匹配，可以最大限度地利用晶體管本身的帶寬潛能。傳輸線變壓器在設(shè)計(jì)使用上有兩點(diǎn)必須注意：一是源阻抗、負(fù)載阻抗、傳輸線阻抗的匹配關(guān)系；二是輸入端、輸出端必須在規(guī)定的連接及接地方式下應(yīng)用。功放的寬頻帶一直是困擾設(shè)計(jì)者的難題，傳統(tǒng)方法是用傳輸線變壓器通過阻抗變換來匹配頻帶的低端，同時(shí)采用低通匹配部分使得頻帶高端的阻抗降低。本技術(shù)利用傳輸線變壓器的等效電感，增加小電容形成一個(gè)π型匹配網(wǎng)絡(luò)，兼顧整個(gè)頻帶，使得放大器在倍頻程帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶、高效匹配。

圖2 熱敏電阻補(bǔ)償電路

2.4 仿真結(jié)果

通過仿真計(jì)算，采用2個(gè)60 W的LDMOS進(jìn)行推挽工作可以比較容易地實(shí)現(xiàn)寬帶工作。運(yùn)用ADS軟件對(duì)放大部分進(jìn)行仿真，放大器增益和三階互調(diào)仿真結(jié)果如圖3和圖4所示：

圖3 放大器增益仿真結(jié)果

圖4中，每音為43.2 dBm，是考慮放大器后接濾波器、定向耦合器、收發(fā)開關(guān)等插損為2 dB，同時(shí)留一些余量。

圖4 放大器三階互調(diào)仿真結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為改善輸入駐波比，放大器輸入端加有3dB衰減器，則整個(gè)放大器的估算增益為50dB。放大器輸出端由于采用了平衡結(jié)構(gòu)，所以駐波比可得以保證。整個(gè)放大器的尺寸為：202 mm×148 mm×29 mm（加控制和定向耦合部分），經(jīng)過調(diào)試得到了十分滿意的結(jié)果，各項(xiàng)指標(biāo)與仿真結(jié)果比較吻合，滿足放大器組件的要求。目前該放大器已經(jīng)小批量生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，一致性好。放大器組件三階互調(diào)實(shí)測結(jié)果如圖5所示，典型測試結(jié)果如表1所示。表中測試數(shù)據(jù)中輸入電平和電流為整個(gè)放大器組件輸出50 W（加后面的波段濾波和收發(fā)開關(guān)，放大器本身的實(shí)際輸出功率為80 W）條件下測出的結(jié)果，互調(diào)是雙音間隔0.1 MHz，每個(gè)音41dBm條件下測出的結(jié)果。結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的功放在225 MHz～512 MHz寬頻率范圍內(nèi)附加效率和線性達(dá)到了37％和-27 dBc。圖6給出了放大器的外形結(jié)構(gòu)。

圖5 放大器三階互調(diào)實(shí)測結(jié)果

圖6 放大器的外形結(jié)構(gòu)

表1 UHF頻段功放組件測試記錄

4 結(jié)束語

本功率放大器由放大部分、濾波部分、定向耦合部分及收發(fā)開關(guān)等組成，由于指標(biāo)要求較高，每一部分的設(shè)計(jì)和研制都是一個(gè)挑戰(zhàn)。我們在短時(shí)間內(nèi)完成了滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的小批量放大器，目前已經(jīng)聯(lián)機(jī)使用，性能穩(wěn)定可靠，滿足使用要求。