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射频功率放大器

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射频功率放大器  射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,获得足够的射频功率以后,才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率,必须采用射频功率放大器。

  射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,获得足够的射频功率以后,才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率,必须采用射频功率放大器。

  射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外,输出中的谐波分量还应该尽可能地小,以避免对其他频道产生干扰。

  射频功率放大器是对输出功率、激励电平、功耗、失真、效率、尺寸和重量等问题作综合考虑的电子电路。在发射系统中,射频功率放大器输出功率的范围可以小至mW,大至数kW,但是这是指末级功率放大器的输出功率。为了实现大功率输出,末前级就必须要有足够高的激励功率电平。

  射频功率放大器的工作频率很高,但相对频带较窄,射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射频功率放大器可以按照电流导通角的不同,分为甲(A)、乙(B)、丙(C)三类工作状态。甲类放大器电流的导通角为360°,适用于小信号低功率放大,乙类放大器电流的导通角等于180°,丙类放大器电流的导通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态,丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射频功率放大器大多工作于丙类,但丙类放大器的电流波形失真太大,只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力,回路电流与电压仍然接近于正弦波形,失真很小。

  除了以上几种按照电流导通角分类的工作状态外,还有使电子器件工作于开关状态的丁(D)类放大器和戊(E)类放大器,丁类放大器的效率高于丙类放大器。

  1 全桥组态工作原理

  图4所示为射频放大器的全桥组态,即四对MOS管用作开关。射频激励信号的相位情况是当射频功放模块接通时,这些开关中只有两个可以组合起来。并且,在激励信号的正半周,标示为0°的MOS管处于正半周,标示为180°的MOS管处于负半周。

  在射频周期的负半周,Ql/Q3和Q6/Q8处于截止状态,相当于开关断开;Q2/Q4和QS/Q7则是饱和导通的,相当于开关接通。Q2/Q4和QS/Q7串联导通电源电压为+V,若忽略MOS管的饱和压降,+V将全部降落在合成变压器上。在射频周期的正半周,Q1/Q3和Q6/Q8处于导通状态,Q2/Q4和QS/Q7为截止状态。Ql/Q3和Q6/Q8串联导通电源电压+V,+V全部降落在合成变压器上。由图4可见,合成变压器初级电压方波输出相差180°,说明输出电压的峰峰值为+2V。MOS开关的作用就是有效地将整个电源电压跨接在合成变压器的初级绕组上,在射频激励信号的每半个周期是反相的。作为全桥组态,输出就是两倍电源电压的射频输出。为了防止直流电压通过变压器的绕组通地,应在每部分的射频输出都串联有隔直电容C。

  2 半桥组态工作原理

  以Q1/Q3和QS/Q7的工作情况为例,其工作原理如图5所示。

  在射频功放模块的设计中,两个半桥式组态采用单独的电源和射频激励输入,这样可以使每个放大器两个半桥独立地进行工作。如将Q1/Q3源极和QS/Q7的漏极接在一起,射频输出从0V到+V,则可保证当一个全桥组态的射频功放模块在任何一个半桥出现故障时,射频功放模块仍然可以工作。只是射频输出电压减小为全桥组态的一半而已。

  在射频激励信号的负半周,MOS管QI/Q3截止,QS/Q7导通,如图5(a)所示。而在射频激励输入信号的正半周,MOS管Q1/Q3导通,QS/Q7截止,如图5(b)所示。Q2/Q4和Q6/Q8的开关情况与此正好相反。跨在功率合成变压器初级两端的输出信号就在半个周期里,在地(约为0V)和正电源间进行一次切换,如图5(c)所示。

  3 射频功放模块在关断时的射频电流

  由于DX一200型DAM发射机的射频功放模块数为224,在不同的功率等级下所接通的射频功放模块的数量不同,其输出变压器的次级为串联输出,这就决定了关断的射频功放模块必须为在用的或者接通的功放模块提供一条低阻抗导电通路。其工作原理电路如图6所示。

  在实际制作过程中,就根据所选用晶体管管脚排列位置稍改动。所有电阻、电感为卧式安装,各元件引脚应尽量短,所有元件焊好后,需焊装隔离板后才能通电调试。

  该机的测试较为简单,手工调试方法介绍如下。接通射频与电视机电源,把电视机调在射频盒输出的频道上,并给射频盒送入AV信号,待射频盒工作正常后,在射频功率放大器输出端接入发射天线,把射频盒输出信号用75欧姆同轴电缆线接入射频功率放大器输入端。接通射频功率放大器电源,用电视机开路接收(注:电视机应距离发射天线5米以上)。从前往后,依次调节各级匹配网络微调电容,直至电视机所接收的图像和伴音最清晰、色彩最好和干扰最小为止。

  需说明的是,该机必须采用+15V、1A以上的直流稳压电源供电。射频功率放大器至发射天线之间的同轴电缆线不宜过长。若需增大发射距离。可在本机输出端增加一级与Q6相同的功率放大器。该射频功率放大器只能工作于L频段;若需工作于H频段发射,除晶体管的fr要提高外,各级晶体管集电极线圈和基极线圈的匝数要减少,级间耦合电容也要减小。



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dolphin    


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