大功率寬帶射頻脈沖功率放大器設計

　　大功率寬頻帶線(xiàn)性射頻放大器模塊廣泛應用于電子對抗、雷達、探測等重要的通訊系統中，其寬頻帶、大功率的產(chǎn)生技術(shù)是無(wú)線(xiàn)電子通訊系統中的一項非常關(guān)鍵的技術(shù)。隨著(zhù)現代無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的發(fā)展，寬頻帶大功率技術(shù)、寬頻帶跳頻、擴頻技術(shù)對固態(tài)線(xiàn)性功率放大器設計提出了更高的要求，即射頻功率放大器頻率寬帶化、輸出功率更大化、整體設備模塊化。

　　通常情況下，在HF~VHF頻段設計的寬帶射頻功放，采用場(chǎng)效應管(FET)設計要比使用常規功率晶體管設計方便簡(jiǎn)單，正是基于場(chǎng)效應管輸入阻抗比較高，且輸入阻抗相對頻率的變化不會(huì )有太大的偏差，易于阻抗匹配，另外偏置電路比較簡(jiǎn)單，設計的放大電路增益高，線(xiàn)性好。

　　本文的大功率寬頻帶線(xiàn)性射頻放大器是利用MOS場(chǎng)效應管(MOSFET)來(lái)設計的，采取AB類(lèi)推挽式功率放大方式，其工作頻段為O 6M～10MHz，輸出的脈沖功率為1200W。經(jīng)調試使用，放大器工作穩定，性能可靠。調試、試驗和實(shí)用時(shí)使用的測試儀器有示渡器、頻譜分析儀、功率汁、大功率同軸衰減器、網(wǎng)絡(luò )分析儀和射頻信號發(fā)生器。

　　1 脈沖功率放大器設計

　　1.1 電路設計

　　設計的寬頻帶大功率脈沖放大器模塊 要求工作頻段大于4個(gè)倍頻程，而且輸出功率大，對諧波和雜波有較高的抑制能力;另外由于諧波是在工作頻帶內，因此要求放大器模塊具有很高的線(xiàn)性度。

　　針對設計要求，設計中射頻功率放大器放大鏈采用三級場(chǎng)效應管，全部選用MOSFET。每級放大均采用AB類(lèi)功率放大模式，且均選用推挽式，以保證功率放大器模塊可以寬帶工作?？紤]到供電電源通常使用正電壓比較方便，因此選用增強型MOS場(chǎng)效應管。另外為了展寬頻帶和輸出大功率，采用傳輸線(xiàn)寬帶匹配技術(shù)和反饋電路，以達到設計要求。

　　由于本射頻功率放大器輸出要求為大功率脈沖式發(fā)射，因此要求第一、二級使用的MOSFET應具備快速開(kāi)關(guān)切換，以保證脈沖調制信號的下降沿和上升沿完好，減少雜波和諧波的干擾。設計中第一、二級功率放大選用MOSFET為IRF510和IRF530。最后一級功放要求輸出脈沖功率達到1200W，為避免使用功率合成技術(shù)，選用MOSPRT MRFl57作為最后的功率輸出級。所設計的射頻脈沖功率放大器電路原理圖如圖1所示。

　　發(fā)射通道的建立都是在信號源產(chǎn)生射頻信號后經(jīng)過(guò)幾級的中間級放大才把信號輸入到功率放大級，最后通過(guò)天線(xiàn)把射頻信號發(fā)射出去。

　　圖1中，輸入信號為20～21dBm，50Ω輸入;工作電壓為15V和一48V，其中15V為第一、二級功放提供工作電壓，48V為最后一級功放提供工作電壓;6V穩壓輸出可以使用15V或48V進(jìn)行穩壓變換，電路整體設計采用AB類(lèi)功率放大，設計的駐波比為1.9。經(jīng)過(guò)中間級放大后的信號，首先通過(guò)Tl(4：1)阻抗變換后進(jìn)人功率放大器。在信號的上半周期Q1導通，信號的下半周期Q2導通;然后輪流通過(guò)T2(16：1)阻抗變換進(jìn)入第二級放大，同樣信號的上半周期Q3導通，下半周期Q4導通，完成整個(gè)信號全周期的能量放大;進(jìn)入最后一級放大時(shí)使用T3(4：1)阻抗變換，以繼續增加工作電流驅動(dòng)大功率MOSFETMRFl57。為保證50Ω輸出，輸出端的阻抗變換為T(mén)4(1：9)。

　　電路中使用負反饋電路的目的是在整個(gè)帶寬頻率響應內產(chǎn)生一個(gè)相對平穩的功率增益，保持增益的線(xiàn)性度，同時(shí)引進(jìn)負反饋電路，有利于改善輸入回損和低頻端信號功率放大的穩定性。

　　另外每一級電路設計中，都使用了滑動(dòng)變阻器來(lái)設置每個(gè)管子的偏置電壓，這樣做大大降低了交越失真的發(fā)生，盡可能使放大信號在上、下半周期的波形不失真。