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高功率放大器
閱讀�6493�(shí)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�(jí)放大器構(gòu)成,其輸出端是發(fā)射鏈路電平點(diǎn),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�(hào)放大到遠(yuǎn)距離傳輸所要求的高功率電平。因頻段、傳輸距�、天線增�、信�(hào)�(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�(diǎn)

 ?�?� 在大容量(或多載波)�(shù)字通信系統(tǒng),設(shè)�(jì)HPA電路尤其是末�(jí)電路,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性�

  采用�(yù)失真�(bǔ)償電�,設(shè)�(jì)一�(gè)�(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(jí)�(shè)置自�(dòng)電平控制(ALC)電路,通過末級(jí)輸出耦合檢波直流,控制PIN衰耗,保持輸出功率恒定。防止因前級(jí)輸入電平過高因飽和失真�

 ?�?)HPA采用的大功率器件都呈�(xiàn)極低的輸�、輸出阻抗,其阻抗實(shí)部值很�,都�1~3奧姆左右,而容抗和引線電感很大。對(duì)這樣的大功率器件�(jìn)行輸�、輸出和�(jí)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)�(jì)難度

 ?�?)HPA輸出�(jí)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(�,連接天線饋線開路或短路)末級(jí)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�,它與供電電壓迭加將使器件擊��

  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��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(shí),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)�(diǎn)是便宜和不需�(fù)偏壓。但目前已逐漸被場(chǎng)效應(yīng)晶體管功放所代替�

  * 砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(GaAs Field-Effect Transistor)功率放大器。它包括由砷化鎵�(chǎng)效應(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)于硅雙極晶體管,目前商用化器件工作頻率可�(dá)40GHz,�(shí)�(yàn)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�(diǎn)�

  *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(chǎng)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�(shí)它又克服了需要負(fù)偏置及偏置保�(hù)電路的缺�(diǎn)�

電路�(gòu)�

  高功放只是發(fā)信設(shè)備的一�(gè)組成部分,它的構(gòu)成和功能完全取決于整�(gè)�(shè)備性能的要�。不同用途的�(fā)信設(shè)備其具體電路�(gòu)成和�(shí)�(xiàn)的功能會(huì)有差�。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(jí)放大組成,前四級(jí)為單管串�(lián)放大,末�(jí)為平衡功率放大。按各級(jí)功能和所處位置也可稱作低噪聲放大�(jí)、驅(qū)�(dòng)�(jí)、末前級(jí)、末�(jí)。整�(gè)放大器采用二種封裝工藝砷化鎵�(chǎng)效應(yīng)器件,前三級(jí)放大用分立組件場(chǎng)效應(yīng)晶體�,后二級(jí)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(jí)- 變頻式發(fā)射機(jī)輸出噪聲主要成分是調(diào)相噪聲,其主要來源是�(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(duì)這類�(fā)射機(jī)中的HPA熱噪聲要求不�,通常HPA噪聲系數(shù)�6~ 8dB�(shí)都可滿足要求。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)�(jì)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數(shù),從而減輕了�(duì)HPA低噪聲要��

  相對(duì)于接收機(jī)低噪聲放大級(jí)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(jí)�(jí)�(lián)放大器輸入級(jí),是HPA本身熱噪聲的主要來源,相�(duì)HPA其它�(jí)而言,對(duì)HPA前級(jí)要提出低噪聲高增益要��

  �(qū)�(dòng)�(jí)- 采用平衡式末�(jí)輸出方案�(shí),末前級(jí)輸出功率與末�(jí)單管輸出功率幾乎相近,它為末前級(jí)提供足夠地輸入激�(lì)功率。驅(qū)�(dòng)�(jí)通常采用中功率輸出器��

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

  末級(jí)- 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)在工作頻段保持幅度、相位特性相�。這樣�(jié)�(gòu)的輸出功放有二�(gè)特點(diǎn)�

  * 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�(jí)與末前級(jí)之間匹配�

  隔離�- 該器件輸入、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�。它常用在多�(jí)高增益放大器的輸�、輸�、級(jí)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(shí)延特性)更平坦,同時(shí)它又在很寬帶帶內(nèi)�(chǎn)生反向損�,減小后�(jí)�(duì)前級(jí)耦合,從而有效防止帶�(nèi)、帶外自激�

  末級(jí)耦合輸出-用于輸出功率�(jiān)�(cè)�

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