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高功率放大器
閱讀�6489時間�2010-11-11 15:06:06

  高功放(HPA)是�(fā)信電路重要組成部�。通常,它由多級放大器�(gòu)成,其輸出端是發(fā)射鏈路電平點,它�(jīng)雙工器與�(fā)射天線連接。高功率放大器的主要作用,是在發(fā)射頻率上,將低電平信號放大到�(yuǎn)距離傳輸所要求的高功率電平。因頻段、傳輸距雀天線增�、信號調(diào)制方式等因素,不同發(fā)射機(jī)高功率放大器輸出功率差異甚大。在常用微波頻段�800MHz~28GHz)可從幾十瓦到幾十毫瓦不��

電路的特�

 ?�?� 在大容量(或多載波)�(shù)字通信系統(tǒng),設(shè)計HPA電路尤其是末級電�,常�(fā)生大功率輸出與線性要求之間矛�。經(jīng)常采用三種解決辦�

  采用平衡放大電路,其合成輸出功率較單管增加一倍且保持單管線��

  采用�(yù)失真�(bǔ)償電路,�(shè)計一個預(yù)失真�(wǎng)�(luò)使它�(chǎn)生的三階互調(diào)與HPA三階互調(diào)在輸出合路器中相互抵�

  在HPA前級�(shè)置自動電平控制(ALC)電�,通過末級輸出耦合檢波直流,控制PIN衰�,保持輸出功率恒�。防止因前級輸入電平過高因飽和失��

 ?�?)HPA采用的大功率器件都呈�(xiàn)極低的輸�、輸出阻�,其阻抗實部值很小,都在1~3奧姆左右,而容抗和引線電感很大。對這樣的大功率器件�(jìn)行輸�、輸出和級間匹配非常困難。因單片微波集成電路(MMIC)技�(shù)的發(fā)�,許多廠家已制造出輸入輸出�(nèi)匹配的大功率器件,大大地緩解�(shè)計難�

 ?�?)HPA輸出級必須要考慮空載保護(hù)。若與輸出負(fù)載間�(fā)生嚴(yán)重失配(如,連接天線饋線開路或短路)末級與輸出負(fù)載電路之間將�(chǎn)生大駐波電壓,駐波峰值電壓一旦落在器件漏極,它與供電電壓迭加將使器件擊穿�

  在微波頻段常采取二種保護(hù)方法,在4GHz以上頻段借助于輸出隔離器中的反向吸收�(fù)載R吸收反射��

種類

  根據(jù)所用器件,高功率放大器大致可分成三種類型:

  * 硅雙極晶體管(Si Bipolar Transistor)功率放大器。在大功率放大時,單管增益及效率�,帶寬窄,線性及反向隔離�,它通常用于3GHz以下頻段,其�(yōu)點是便宜和不需�(fù)偏壓。但目前已逐漸被場效應(yīng)晶體管功放所代替�

  * 砷化鎵場效應(yīng)晶體管(GaAs Field-Effect Transistor)功率放大器。它包括由砷化鎵場效�(yīng)晶體管管芯制成的�(nèi)匹配單片微波集成電路(MMIC�。這類器件工作頻率及效率高,線性及反向隔離性能都優(yōu)于硅雙極晶體�,目前商用化器件工作頻率可達(dá)40GHz,實驗室可�(dá)80GHz。尤其內(nèi)匹配MMIC集成功放塊帶寬寬、穩(wěn)定得到普遍應(yīng)�。需要負(fù)偏置及偏置保�(hù)電路是缺��

  *砷化鎵異�(jié)�(zhì)雙極晶體管(GaAs Heterojunction Bipolar Transistor)功率放大器。這種器件特別適宜功放�(yīng)用,它有砷化鎵場效應(yīng)晶體管一樣好的性能(特別在線性和高耐壓性能上更好些),同時它又克服了需要負(fù)偏置及偏置保�(hù)電路的缺��

電路�(gòu)�

  高功放只是發(fā)信設(shè)備的一個組成部�,它的構(gòu)成和功能完全取決于整個設(shè)備性能的要�。不同用途的�(fā)信設(shè)備其具體電路�(gòu)成和實現(xiàn)的功能會有差別。例如下面給出的7GHz微波�(fā)射機(jī)功放電路其輸入為恒定電平,該電路不帶ALC功能�

  功能框圖及主要電路組成如圖所��

高功放電路構(gòu)成框圖

  該電路由五級放大組成,前四級為單管串�(lián)放大,末級為平衡功率放大。按各級功能和所處位置也可稱作低噪聲放大級、驅(qū)動級、末前級、末�。整個放大器采用二種封裝工藝砷化鎵場效應(yīng)器件,前三級放大用分立組件場效應(yīng)晶體�,后二級用單片微波集成電路MMIC,并采用帶保�(hù)電路的雙極性偏置電壓(具體電路省略�。該電路總增�40dB,線性輸�2瓦(33dBm��

各部分作�

  低噪聲放大級- 變頻式發(fā)射機(jī)輸出噪聲主要成分是調(diào)相噪�,其主要來源是發(fā)射振蕩器�(chǎn)生的相位噪聲。所以在�(fā)射機(jī)指標(biāo)中都要規(guī)定振蕩器相噪,而對這類�(fā)射機(jī)中的HPA熱噪聲要求不高,通常HPA噪聲系數(shù)�6~ 8dB時都可滿足要�。在直放式發(fā)射機(jī)�,盡管輸出噪聲主要成分是熱噪�,因直放�(jī)收信輸入端都有精心設(shè)計的高增益低噪聲放大器(LNA),它有足夠高的增益和極小噪聲系�(shù),從而減輕了對HPA低噪聲要求�

  相對于接收機(jī)低噪聲放大級而言,在HPA中提出低噪聲放大概念似乎不恰�(dāng),但它畢竟是多級級聯(lián)放大器輸入級,是HPA本身熱噪聲的主要來源,相對HPA其它級而言,對HPA前級要提出低噪聲高增益要��

  �(qū)動級- 采用平衡式末級輸出方案時,末前級輸出功率與末級單管輸出功率幾乎相�,它為末前級提供足夠地輸入激勵功�。驅(qū)動級通常采用中功率輸出器��

  末前�- 末前級功放主要作用是�(bǔ)償末級輸入正交耦合器分路損耗(3dB�,并為二只并�(lián)末級功放管提供輸入功��

  末級- 采用二只相同特性的MMIC功率放大塊和二只相同特性的正交耦合器組成平衡功率放大器。為取得良好性能,上、下二支路應(yīng)�(dāng)在工作頻段保持幅�、相位特性相�。這樣�(jié)�(gòu)的輸出功放有二個特點,

  * 較單管線性輸出功率提�3dB�

  * 利用輸入端正交耦合器相位正交特�,使�、下二支路放大管入端反射波在正交耦合器入口抵�,有效地改善了末級與末前級之間匹配�

  隔離�- 該器件輸�、輸出阻抗在很寬帶帶�(nèi)等于特性阻�,并且正向傳輸損耗很?。ㄍǔ?.5dB以下)而反向傳輸損耗很大(通常25dB以上�,即有單向傳輸特性。它常用在多級高增益放大器的輸入、輸�、級間電路吸收反射波改善匹配,使帶內(nèi)正向傳輸特性(如幅頻特�、時延特性)更平�,同時它又在很寬帶帶�(nèi)�(chǎn)生反向損耗,減小后級對前級耦合,從而有效防止帶�(nèi)、帶外自激�

  末級耦合輸出-用于輸出功率�(jiān)��

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