短波宽带低压功率放大器的设计与实现

摘要：对设计的低压宽带功放的指标进行了介绍，并对设计功放所涉及的理论进行研究和讨论，在对所选用的功放管在厂家没有提供S参数的情况下进行了相关单管测试和验证，给出了参数优化后结果，根据分析以及计算后对功率放大器进行设计，对功率放大器做了硬件设计调试，并给出板级相关指标的测试结果。结果表明，该设计符合要求。
关键词：负反馈；非线性特性；功率回退；传输线变压器

0 引言
功率放大器在无线通信系统中是一个不可缺少的重要组成部分。随着通信体制的发展，功率放大器进入了快速发展的阶段。目前功放的主要应用趋向微波频段，尤其是民用的井喷式发展，相对地1．6～30 MHz的功放应用越来越少，随之此频段的可选功放管的研发新品也随之减少，在功放指标不断被要求提高的前提下，这就造成此频段功放的设计的困难增加，其中宽带低压大功率功放的设计最为困难。

1 指标要求
该项目是军用短波发射机部分的重要组成部分，根据项目的的具体使用场合和环境特点，按照GJB规定和整机要求，对于功率放大器提出以下指标要求：
(1)频率范围：1．6～29．9999MHz；
(2)输出功率：单音功率为100 W(AVG)，双音峰包功率为100W；
(3)激励幅度：单音0 dBm(50 Ω阻抗)；
(4)增益：50 dB；
(5)增益平坦度：±1dB；
(6)功耗：在输出功率100 W，电源电压13．8V条件下，电流小于16A；
(7)工作电压：11～17 V能够正常工作；
(8)测试电压：12．5 V，13．8V；
(9)三阶互调：小于等于-32 dB(测试条件为：双信号、间隔0．67 kHz，平均功率50 W，PS=13．8V；
(10)谐波：偶次谐波小于等于-20 dB，奇次谐波小于等于-13dB。

2 线路方案
采用对管推挽电路、负反馈电路和传输线变压器，可以满足增益平坦度的要求。功率放大单元由激励放大级、末前级放大级、末级功率放大级、Ⅱ型衰减输入网络、偏置电路、总流控制和温度控制电路组成。根据射频输入信号幅度和输出功率的要求计算功放总增益：
VIN=0 dBm；POUT=50 dBm；GP=50 dB
根据功放总增益和频带范围(1．6～30 MHz)，功放按三级设计。增益分配和每级采用的电路形式分别为：第一级采用甲类工作状态，增益大于25 dB，输出功率约25 dBm；末前级采用甲乙类工作状态，增益大于16dB，输出功率约41 dBm；末级采用甲乙类工作状态，增益大于12 dB，输出功率约为53 dBm。
各级之间采用传输线变压器耦合，磁性材料选用进口双孔磁环，磁通密度一致性好，对于全频段的增益平坦度大有好处。利用传输线变压器在宽频带范围内传送高频能量和实现两极放大器之间的匹配和末级放大与负载之间的阻抗匹配。由于受低压功放管市场奇少的限制，末级选用输出功率为80 W的晶体管，末级采用对管推挽输出，从而保证了功率的富余量。甲类功率放大器的优点是线性好、失真小，较好的噪声系数，在1 dB压缩点以下具有几乎不失真的脉冲响应，在不同输出电平时的通带起伏小和在不同输出电平时的相位和增益不变，在第一级采用了甲类工作状态，以便获得良好的线性。