怎樣利用實(shí)用的方法構建C類(lèi)功率放大器

為得到一款在整個(gè)相關(guān)頻帶具有常數Gα的產(chǎn)品，

其中：G_H =高頻帶側f(wàn)_H的增益。

利用Touchstone的優(yōu)化能力，可根據模型方程3設計輸入匹配網(wǎng)絡(luò )。

推薦的寬帶C類(lèi) PA計算機設計方法可被歸納為如下的系統步驟：

1． 為得到所需的輸出功率、增益和電源電壓，從器件數據手冊中在要求的頻帶內選用大信號輸入和輸出阻抗(Z_in和Z*_OL)。

2． 利用數值內插和外推技術(shù)擴展阻抗數據采樣點(diǎn)。當確定器件在頻率f_L、f_o和f_H的終端阻抗時(shí)，這是一項有用技術(shù)。

3．選用合適的單端口網(wǎng)絡(luò )拓撲在整個(gè)頻段為上述終端阻抗建模，并用Touchstone優(yōu)化其要素值。

4．在設計好建模電路后，分別在建模電路和源及50歐姆負載終端間插入輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)一個(gè)大致的圖形設計程式，可對匹配網(wǎng)絡(luò )的元素進(jìn)行初始估值。

5．對輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò )實(shí)施優(yōu)化以實(shí)現期望的輸入和輸出匹配。輸出匹配網(wǎng)絡(luò )設計成可實(shí)現共軛匹配并能在整個(gè)頻帶為晶體管輸出提供阻抗Z_OL。另一方面，輸入匹配網(wǎng)絡(luò )設計成能在f_L 到 f_H間得到平坦的增益。通過(guò)選擇性地在較低頻率實(shí)施誤配，可達到上述結果。將不同采樣頻率帶入方程3可對輸入反射系數進(jìn)行估算并將其存儲在外部數據文件中。然后對輸入匹配網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行優(yōu)化以在整個(gè)頻帶對計算出的輸入反射系數進(jìn)行建模。

6．在保持所要求頻率響應的前提下，基于實(shí)際情況，用Touchstone的調諧器窗對匹配網(wǎng)絡(luò )的元素進(jìn)行調制。

為驗證上述程式的有效性，設計和搭建了一個(gè)PA電路。該C類(lèi) PA在225到400 MHz內具有10W輸出功率，最小功率增益是10dB。因零偏置發(fā)射-基結結構兼具高效和結構簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，所以，C類(lèi)采用該結構。因具有優(yōu)異的可靠性和耐用性，所以摩托羅拉/飛思卡爾的MRF321 UHF功率晶體管被選用。MRF321在400MHz具有10W RF功率，工作在28V。

輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò )的設計從在器件數據手冊中選擇輸入和輸出阻抗(Z_in和Z*OL)開(kāi)始，然后在整個(gè)相關(guān)頻段插入這些數據(可借助Touchstone完成)。表中顯示的是插入在225 MHz到400 MHz頻帶內這些阻抗的樣本值。圖4顯示的是輸入匹配網(wǎng)絡(luò )的圖形設計。

中心頻率(312.5 MHz)的輸入阻抗位于點(diǎn)A。設計目標是當從點(diǎn)A移向圖表的中心時(shí)，不超過(guò)常數Q規定的范圍。其中：

圖4顯示，低品質(zhì)因數(Q)寬帶匹配網(wǎng)絡(luò )電路可通過(guò)多個(gè)L部分實(shí)現。匹配電路包括三個(gè)低通L型部分和一個(gè)旁路電容(C4)以補償輸入阻抗Z_in的感應電抗。

但該網(wǎng)絡(luò )具有一種包括兩個(gè)低通部分(L5–C5和L6–C6)、一個(gè)高通元件(C7)的帶通拓撲結構。旁路電感(L4)用于將晶體管的輸出電容中和掉。因在此例中，輸出阻抗水平更高，所以，輸出匹配電路的增益帶寬約束比輸入匹配電路簡(jiǎn)單。該網(wǎng)絡(luò )的梯形形式在諧波抑制中有用。

計算機建模程式以設計可預測從f_L到f_H間的Z_in和Z_out的建模網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始。通過(guò)Touchstone對這些網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行設計和優(yōu)化。圖6顯示的是這些網(wǎng)絡(luò )的最終優(yōu)化電路元素值。