UHF平衡式宽带20W功率放大器(2)

同理，根据（４

）式［６

］犘＝

２

２

犚（４

）计算得到指上的最大电流犐＝１?１犃，而０?２６５犿犿宽度的金属铜能承受的电流大约为２犃，因此，不存在烧断的危险．

．３　互连金丝承受电流

为了满足输出端的大功率合成，不至于烧断金丝，采用４根金丝并联，最大可承受电流将达到３?８犃，能保证２０犠的功率合成．

从上面３个方面看，主要的矛盾是指间距偏小，有击穿的可能．另外，这种尺寸的指间距，只能通过光刻等工艺来实现，将会大大增加成本．根据市场上犘犆犅的工艺水平，最小线间距只能做到０．１犿犿，

因此，我们将犃犖犌犈耦合器的指间距犛设计为０?

１犿犿．

同时，?１犿犿间距的承受电压将达到３００犞，

可以防止击穿．图３　幅度差和相位差

犉犻犵．３

　犃犿狆

犾犻狋狌犱犲犲狉狉狅狉犪狀犱狆犺犪狊犲犲狉狉狅狉图４　改进的犔犃犖犌犈耦合器

犉犻犵．４　犐犿狆狉狅狏犲犱犔犃犖犌犈犮狅狌狆

犾犲狉设计的频率范围为１?３５～１?８５犌犎狕

，按中心频率?６犌犎狕

，结合经验公式［１

］犾犲狀犵

狋犺＝λ／４（５）计算出犔犃犖犌犈的指长犾犲狀犵狋犺为３１犿犿．利用电磁场仿真工具犕狅犿犲狀狋狌犿进行仿真，指间互连的金丝设置成高度为５０犿的空气桥模型．最终电磁场仿真结μ

果得到耦合端和直通端的犛参数，如图２所示（第２端口为耦合端，第３端口为直通端）

，可以看到，两个输出端口的犛参数相差较大，对称性较差．分析其原因，主要是因为犔犃犖犌犈耦合器的指间距偏大，降低了耦合系数，使得耦合端低于－３犱犅．两个输出端口幅度、相位差如图３所示．可以看到，两路的

相位相差接近９０°，但幅度差达到了２?７犱犅以上．

因此，如果直接采用此犔犃犖犌犈耦合器构成平衡放大器，两路的不对称性严重，将会影响电路的匹配状况，同时功率

抵消严重［１

］．

为了改善两个端口的对称性，在两个端口设置了谐振支路，如图４所示．

采用共面波导和并联电容进行谐振，调整共面波导

的长度和电容值，

从而调整两个谐振支路谐振在不同的频点，使两个输出端口得到不同程度的衰减．当共面波导和电容分别取值如表１时，两个谐振支路的犛２１如图５所示．

表１　谐振支路元件取值

犜犪犫犾犲１　犆狅犿狆

狅狀犲狀狋狊狏犪犾狌犲犻狀狉犲狊狅狀犪狀狋狋犪狀犽狊耦合端（２

）直通端（３

）犔?／犿犿１３７犆／狆

犉０．５

２．４

　　犔表示共面波导的长度．

０３０３３犔０１

报道了一款自主设计并研制成功的UHF频段宽带大功率放大器,采用PCB工艺实现了基于LANGE耦合器的平衡放大结构. 通过调整耦合端和直通端的谐振支路,在损耗与对称性之间折衷,LANGE耦合器的性能得到极大改善,满足了平衡电路的要求. 由此LANGE耦合器构成的平衡功率放大器在1.35~

第２期黄清华等：犉平衡式宽带２０犠

功率放大器　犝犎

３６３

图５　谐振支路犛２１

犉犻．５　犛犳狋犺犲狉犲狊狅狀犪狀狋狋犪狀犽

狊２１狅犵

图７　改进后的犔犃犖犌犈耦合器幅度差和相位差

犉犻．７　犃犿犾犻狋狌犱犲犲狉狉狅狉犪狀犱狆犺犪狊犲犲狉狉狅狉狅犳狋犺犲犻犿狉狅狏犲犱犵狆狆

犔犃犖犌犈犮狅狌犾犲狉狆

构．两个耦合器均进行如上所述的调整，提高两个端口的对称性．４．１　稳定性设计

由于该电路由四级级联构成，容易发生自激振荡，因此尤其需要注意稳定性的设计．首先，在腔体结构方面，设计了隔离“墙”，如图９所示，有效地把直流偏置电路和射频信号通路隔离开，防止电磁波的空间耦合．为

１］

，需保证腔体的横向尺了防止在盒内产生波导型传播［

／在本设计寸小于λ２．λ犎犎是工作频段高端频率的波长，

中即是１我们的盒子总宽?８５犌犎狕对应的波长１６２犿犿．

而射频部分的腔体横向尺寸最大处仅５其８０犿犿，０犿犿．

次，各级晶体管都采用并联负反馈，提高了各级的稳定

保证了整体电路的稳定工作．另外，晶体管的栅极偏性，

压采取电阻馈电的方式，而不是采用电感馈电，因为电

增大栅极电压的摆幅，严重时会感会造成感生电动势，

击穿晶体管的栅氧层，损坏晶体管．同时，由于天线效应，电感会将后级的电磁波信号耦合到栅极，容易引起自激振荡．４．２　匹配电路设计

该放大器是宽带放大器，匹配网络的设计不能单采用传统的共轭匹配方式，因为共轭匹配是针对单个频点或窄带的．我们采用共轭匹配与犈犇犃软件优化相结合

而且在匹配网络中设置多个谐振点，以降低匹的方式，

配网络的犙值，来达到扩展带宽的目的．具体做

法是在

图６　改进后的犔犃犖犌犈耦合器输出端口犛参数

犉犻．６　犛狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊犪狋狅狌狋狌狋狋犲狉犿犻狀犪犾狊狅犳犻犿狉狅狏犲犱犔犃犖犌犈犵狆狆

犮狅狌犾犲狉狆

直通端的衰减量大于耦合端，结　　从图５可以看出，合前面的图２可以看出，谐振支路的衰减可以使得两个

当然谐振支路的衰减增加了犔端口趋于对称．犃犖犌犈耦

合器的损耗，在损耗与对称性间折衷，根据表１的取值，最终得到犔如图６犃犖犌犈耦合器两个输出端口的特性，所示．

两路犛参数的幅度差由原来的　　从图７可以看出，

而相位差增加变化很－２?７４１犱犅减小到了－０?４８６犱犅，

因此，两路的不对称性得到了极大改善．小，

４　整体电路设计

为了实现高增益，电路采用四级级联，如图８所示．考虑到电路前三级为功率驱动级，功率管承受功率相对

而第四级作为功率输出级，承受功率最大，为了保较小，

证第四级功率管的可靠工作，

故只在第四级采用平衡结

图８　电路框图

犉犻．８　犛犮犺犲犿犪狋犻犮犮犻狉犮狌犻狋犱犻犪狉犪犿犵犵

报道了一款自主设计并研制成功的UHF频段宽带大功率放大器,采用PCB工艺实现了基于LANGE耦合器的平衡放大结构. 通过调整耦合端和直通端的谐振支路,在损耗与对称性之间折衷,LANGE耦合器的性能得到极大改善,满足了平衡电路的要求. 由此LANGE耦合器构成的平衡功率放大器在1.35~

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