最新04射频功率放大器课件PPT.ppt

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1、04射频功率放大器4．1引言射频功率放大器RFPA是发射系统中的主要功能电路部分。在调制器产生射频已调信号后，射频已调信号就由RFPA将它放大到足够功率，经匹配网络，再由天线发射出去。图4．1．1发射系统框图2021/9/254．1引言功率放大器输出功率大，从直流电能转换成交流输出功率的转换效率是功率放大器所要研究的主要问题。为提高效率，将放大器的工作状态从A类(甲类)设计成B类(乙类)，又进一步从B类设计为C类(丙类)、D类(丁类)、E类(戌类)、F类。通常在RFPA中，可以用LC谐振回路选出基频或某次谐波，实现不失真放大。D类和E类

2、以及F类功放则是开关型功率放大器，这类功放目前常称的高效功率放大器。近年来由于射频与微波功率放大器的迅速发展，使这类开关型功放电路技术逐趋于成熟，并应用到各种类发射系统中。本章首先介绍A~F类的RFPA的原理、特点以及电路设计。然后介绍功率放大器的阻抗匹配原理和匹配网络设计，窄带和宽带RFPA设计。最后介绍宽带功率合成技术。2021/9/254．2A类射频功率放大器4．2．2方波信号输入时的A类RFPA图4．2．2iC的方波波形ICQ为工作点Q处的直流电流值，方波电流幅值ILm≤ICQ。输出功率:效率：如果ILm=ICQ，则η＝100%

3、根据功率管的这一特性,可设计出开关工作状态的功放电路,D类、E类和F类功放等。2021/9/254．2A类射频功率放大器4．2．2方波信号输入时的A类RFPA如果LC回路调谐在基波选出基波频率分量，输出功率：I1m为iL中的基波电流振幅：基波最大输出功率:最高效率:LC回路谐振阻抗如果把LC回路调谐在n次谐波上，就可实现n次倍频。但效率随n很快下降，即ηn=8/n2π2，但能实现不失真倍频。2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器A类RFPA的效率:ILmRL=Ucm，令ζ=Ucm/VCC，ζ为集电极电压利用因子。η与ζ有关，还

4、取决于ILm/ICQ。增大ILm/ICQ比值会使集电极电流波形发生变化，当ICQ减小，至使ILm在整个周期内一部分为“0”，电流波形就变成了余弦脉冲波形。使RFPA的工作状态从A类进入AB类，继而进入B类、C类。2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．1B类射频功放电路(a)B类功放偏置(b)B类功放iC波形图4．3．1B类功放偏置和iC波形iC信号严重失真为实现正弦信号的不失真放大，在这种B类功放中也常常采用LC并联谐振回来选出基波正弦分量。2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．1B类射频功放电路图4

5、．3．2集成互补MOSFETB类推挽功放目前在射频功率放大器集成电路中，采用两只互补功率MOSFET的B类推挽功率放大器。图4．3．2所示为集成功率放大器内电路的输出级，图中Tl为N沟道耗尽型MOSFET，T2为P沟道耗尽型MOSFET，恒流源IQ和Rb是Tl和T2的偏置电路。在输入信号电压超过功率管的门限电压前，MOSFET不导通。2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．2C类射频功放原理如果将功率放大器偏置在功率管的导通时间小于半个周期，即导通通角,则这种工作状态称为C类。图4．3．3C类功放集电极电流波形2021/

6、9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．2C类射频功放原理图4．3．3C类功放集电极电流波形iC中的直流分量IC0可以由如下积分关系计算:2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．2C类射频功放原理图4．3．3C类功放集电极电流波形功率管的导通通角2θ=θ2-θ1，或代入上式可得直流分量IC0为：2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．2C类射频功放原理iC中的基波分量幅值I1m可以用如下积分关系计算:C类功放电路的输出功率Po为:C类功放电路的电源供给功率PD为:2021/9/254．3B类和C类射

7、频功率放大器4．3．2C类射频功放原理C类功放的效率η为:若忽略功率管的饱和压降UCE(sat),则当iC达最大值,UCm=I1mRL≈VCC,且输出功率Po为最大。这时,C类功放在最大输出功率时,效率η是通角θ的函数。2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．2C类射频功放原理图4．3．4η与θ关系曲线当通角θ减小到接近零时，C类功放的效率η增加到100％，这是理想状态下的情况。一般减小θ时，η是增加的，这是C类功放效率高的原因。相反,θ增加时,η是降低的。当θ＝90°时，功放电路工作在B类，这时的理想效率为η＝78.5

8、％。由式(4．3．6)和式(4．3．7)可得B类功放的Po和PD分别为在大功率高效射频功放电路中经常采用效率高的C类功放。2021/9/254．3B类和C类射频功率放大器4．3．3C类RFPA的查表设计方法