大功率寬帶射頻脈沖功率放大器設(shè)計(jì)

　　大功率寬頻帶線性射頻放大器模塊廣泛應(yīng)用于電子對(duì)抗、雷達(dá)、探測等重要的通訊系統(tǒng)中，其寬頻帶、大功率的產(chǎn)生技術(shù)是無線電子通訊系統(tǒng)中的一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。隨著現(xiàn)代無線通訊技術(shù)的發(fā)展，寬頻帶大功率技術(shù)、寬頻帶跳頻、擴(kuò)頻技術(shù)對(duì)固態(tài)線性功率放大器設(shè)計(jì)提出了更高的要求，即射頻功率放大器頻率寬帶化、輸出功率更大化、整體設(shè)備模塊化。

　　通常情況下，在HF~VHF頻段設(shè)計(jì)的寬帶射頻功放，采用場效應(yīng)管(FET)設(shè)計(jì)要比使用常規(guī)功率晶體管設(shè)計(jì)方便簡單，正是基于場效應(yīng)管輸入阻抗比較高，且輸入阻抗相對(duì)頻率的變化不會(huì)有太大的偏差，易于阻抗匹配，另外偏置電路比較簡單，設(shè)計(jì)的放大電路增益高，線性好。

　　本文的大功率寬頻帶線性射頻放大器是利用MOS場效應(yīng)管(MOSFET)來設(shè)計(jì)的，采取AB類推挽式功率放大方式，其工作頻段為O 6M～10MHz，輸出的脈沖功率為1200W。經(jīng)調(diào)試使用，放大器工作穩(wěn)定，性能可靠。調(diào)試、試驗(yàn)和實(shí)用時(shí)使用的測試儀器有示渡器、頻譜分析儀、功率汁、大功率同軸衰減器、網(wǎng)絡(luò)分析儀和射頻信號(hào)發(fā)生器。

　　1 脈沖功率放大器設(shè)計(jì)

　　1.1 電路設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)的寬頻帶大功率脈沖放大器模塊 要求工作頻段大于4個(gè)倍頻程，而且輸出功率大，對(duì)諧波和雜波有較高的抑制能力;另外由于諧波是在工作頻帶內(nèi)，因此要求放大器模塊具有很高的線性度。

　　針對(duì)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中射頻功率放大器放大鏈采用三級(jí)場效應(yīng)管，全部選用MOSFET。每級(jí)放大均采用AB類功率放大模式，且均選用推挽式，以保證功率放大器模塊可以寬帶工作。考慮到供電電源通常使用正電壓比較方便，因此選用增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管。另外為了展寬頻帶和輸出大功率，采用傳輸線寬帶匹配技術(shù)和反饋電路，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　由于本射頻功率放大器輸出要求為大功率脈沖式發(fā)射，因此要求第一、二級(jí)使用的MOSFET應(yīng)具備快速開關(guān)切換，以保證脈沖調(diào)制信號(hào)的下降沿和上升沿完好，減少雜波和諧波的干擾。設(shè)計(jì)中第一、二級(jí)功率放大選用MOSFET為IRF510和IRF530。最后一級(jí)功放要求輸出脈沖功率達(dá)到1200W，為避免使用功率合成技術(shù)，選用MOSPRT MRFl57作為最后的功率輸出級(jí)。所設(shè)計(jì)的射頻脈沖功率放大器電路原理圖如圖1所示。

　　發(fā)射通道的建立都是在信號(hào)源產(chǎn)生射頻信號(hào)后經(jīng)過幾級(jí)的中間級(jí)放大才把信號(hào)輸入到功率放大級(jí)，最后通過天線把射頻信號(hào)發(fā)射出去。

　　圖1中，輸入信號(hào)為20～21dBm，50Ω輸入;工作電壓為15V和一48V，其中15V為第一、二級(jí)功放提供工作電壓，48V為最后一級(jí)功放提供工作電壓;6V穩(wěn)壓輸出可以使用15V或48V進(jìn)行穩(wěn)壓變換，電路整體設(shè)計(jì)采用AB類功率放大，設(shè)計(jì)的駐波比為1.9。經(jīng)過中間級(jí)放大后的信號(hào)，首先通過Tl(4：1)阻抗變換后進(jìn)人功率放大器。在信號(hào)的上半周期Q1導(dǎo)通，信號(hào)的下半周期Q2導(dǎo)通;然后輪流通過T2(16：1)阻抗變換進(jìn)入第二級(jí)放大，同樣信號(hào)的上半周期Q3導(dǎo)通，下半周期Q4導(dǎo)通，完成整個(gè)信號(hào)全周期的能量放大;進(jìn)入最后一級(jí)放大時(shí)使用T3(4：1)阻抗變換，以繼續(xù)增加工作電流驅(qū)動(dòng)大功率MOSFETMRFl57。為保證50Ω輸出，輸出端的阻抗變換為T4(1：9)。

　　電路中使用負(fù)反饋電路的目的是在整個(gè)帶寬頻率響應(yīng)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的功率增益，保持增益的線性度，同時(shí)引進(jìn)負(fù)反饋電路，有利于改善輸入回?fù)p和低頻端信號(hào)功率放大的穩(wěn)定性。

　　另外每一級(jí)電路設(shè)計(jì)中，都使用了滑動(dòng)變阻器來設(shè)置每個(gè)管子的偏置電壓，這樣做大大降低了交越失真的發(fā)生，盡可能使放大信號(hào)在上、下半周期的波形不失真。