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大功率宽带射频脉冲功率放大器设计的探讨

作者: 发布时间:2019-11-08 17:23:05 阅读: 109 次

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大功率宽带射频脉冲功率放大器设计的探讨

 

摘要:随着时代的发展,科学技术朝向又快又好的方向进步,在新兴科技方面取得了研究的胜利。现阶段,各种通讯系统的升级和研发需要着重讨论效率问题,在数字信号等功能设计中对效率的要求变得更高,因此需要进行大功率放大器的研究和开发。本文设计的是一种宽频带高功率射频脉冲功率放大器,利用多种技术方式实现该放大器的功能设计与应用,希望能提高放大器的功能性。

关键词:大功率;宽带射频脉冲;功率放大器

 

引言:作为电子通讯系统中的重要组成模块,大功率宽频带线性射频放大器的研究始终需要与时俱进,不断提高科技含量,追赶电子设备系统更新换代的速度。为了提高现代通讯技术的发展水平,应当不断加深对大功率宽频带线性射频放大器的研究,促进放大器功能性的巩固和提升。对此,本文采用场效应管(MOS)技术、AB类推挽式功率放大方式等技术方法,进行大功率宽带射频脉冲功率放大器的设计研究。

1.大功率宽带射频脉冲功率放大器的电路设计

    在设计射频功率放大器时,需要按照放大器具体特征进行设计,本文研究的是大功率脉冲式发射类型放大器,因此对设计的放大器要求为拥有较高的谐波和杂波抑制力,具备较强线性度。所以在电路设计过程中,利用MOSFET进行功率控制,使放大器电路功率切换达到使用要求,先是利用能够切换开关的MOSFET控制电路中输出的脉冲功率,然后经过中间级放大使输出脉冲功率达到更大,最后通过设备对外发射[1]。电路设计采用输入信号22~23dBm,50Ω,电压处于两个级别范围中,级、第二级使用15V工作电压,最后一级使用48V工作电压,两组工作电压如果需要进行稳压变换工作,则是通过6V稳压输出进行改变。具体电路设计通过使用AB类功率放大,将电路中产生的驻波比控制在1.9,中间段逐步通过放大进行功率处理。首先,输入信号直接进入电路阻抗(4:1),通过阻抗来到电路功率级放大器,输入信号分为两个周期,即上下周期,分别进入两个不同阻器Q1和Q2导通;然后输入信号按照导通顺序进入阻抗(16:1)变换通过第二级放大,再次分别划出上下周期进入Q3和Q4导通,此时输入信号在电路中能够得到能量的释放,持续完成放大工作;最后,输入信号导通结束后进入最后一级放大,此时输入信号又遇到阻抗(4:1)变换,以持续增加工作电流驱动大功率MOSFETMRF157。在整体的电路设计过程中,所有设置滑动变阻器的位置都采用偏置电压,主要是为电路输入信号的质量提供保障,防止信号在电路传送中失真。

2. 大功率宽带射频脉冲功率放大器的电路板设计

    大功率放大器频带内信号容易受到谐波与杂波的影响,因此在设计过程中始终都要预防杂波等对信号的破坏和质量影响,对此,本次设计之中利用AB类功率放大,以此来提高电路整体内部信号放大一致性,提升电路对称性。按照对称性设计电路板,要求利用相同长度、质地的走线进行安装,例如,在设计铜模走线时,需要截取同等长度、同等质量的线路来设置,并且在安装时尽量保证铜模走线能够实现对称式形成。电路板是放大器设计之中的重要部分,这是因为需要在电路板上选取介电常数,为输入信号的调整作保障,为了提高电路板功能,本次设计采用铅锡光板,并使用Smith圆图软件为电路板上的铜模走线进行分析和设计,提高走线排布的水平,促进电路板阻抗性能。

3. 大功率宽带射频脉冲功率放大器的传输线变压器设计

    大功率宽带射频脉冲功率放大器的传输线变压器部分是较为重要的组成构件,因此在进行传输线变压器设计时需要注重提高变压器的功能性。本次设计基于AB类功率放大方式,对于传输线变压器部分而言,特别需要注意的是:1 )应按照源阻抗、负载阻抗、传输线阻抗三者的适应关系进行阻抗设计,优化配置三方阻抗;2)传输线变压器的输入、输出端设计必须按照标准要求进行连接,其接地方式应当满足放大器使用要求[2]。另外,本次设计过程中遵循的设计原则是保证放大器电路的对称性,因此需要按照对称原则进行传输线线路的缠绕和规整,尽可能的令线圈彼此对称,保证传输信号能够按时到达输出端。具体采用4个传输线变压器,用于设计之中作为功率放大基础工具,其中前两个传输线变压器T1、T2次级线圈为一圈,第三个传输线变压器T3次级线圈为两圈,三个传输线变压器在线路中使用同轴线SFF-1.5-1芯线,将这个型号的芯线作为线路初级线圈材料,而次级线圈则使用材质为铜箔的线圈。最后一个传输线变压器T4选用RF2067-3R型号变压器。

4. 大功率宽带射频脉冲功率放大器的散热设计

    对于大功率宽带射频脉冲功率放大器而言,如果需要射频功率达到较高的数值,那么其散热设计也必须与之相应,这是因为功率输出的越大,管子功耗越大,其机器零件与线路的发热量会达到非常高的数值。对此,在设计过程中应当仔细观察管子功耗量,针对管子散热具体情况进行散热设计,提高散热水平,为大功率放大器提供安全保障。本次设计中采用热指标器件对管子的功耗量和散热量进行数据搜集,之后通过器件之中显示的温度进行计算,确定宽带射频脉冲功率放大器散热材料以及散热处理的具体参数。最后确定,选择的散热材料为铝质散热片,散热处理方式是利用直流风机对最后一级MOSFET进行散热。

结论:完成设计后,通过试验对本次设计的大功率宽带射频脉冲功率放大器模型进行了调试,并对MOSFET部分工作区域进行改进,调整了工作电压与输入信号,尽可能使每处接入端都处于正常工作环境中,确保输入信号通过层层放大达到最终的功率。

参考文献:

[1]付钊远. 大功率宽带F类功率放大器设计与调试策略分析[D].电子科技大学,2010.

[1]顾熊飞. 30MHz~530MHz宽带大功率放大器的设计与研发[D].电子科技大学,2010.