怎樣利用實用的方法構(gòu)建C類功率放大器

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

其中：G_H =高頻帶側(cè)f_H的增益。

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

推薦的寬帶C類 PA計算機設(shè)計方法可被歸納為如下的系統(tǒng)步驟：

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

2． 利用數(shù)值內(nèi)插和外推技術(shù)擴展阻抗數(shù)據(jù)采樣點。當(dāng)確定器件在頻率f_L、f_o和f_H的終端阻抗時，這是一項有用技術(shù)。

3．選用合適的單端口網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓谡麄€頻段為上述終端阻抗建模，并用Touchstone優(yōu)化其要素值。

4．在設(shè)計好建模電路后，分別在建模電路和源及50歐姆負(fù)載終端間插入輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。通過一個大致的圖形設(shè)計程式，可對匹配網(wǎng)絡(luò)的元素進行初始估值。

5．對輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)實施優(yōu)化以實現(xiàn)期望的輸入和輸出匹配。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成可實現(xiàn)共軛匹配并能在整個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(shè)計成能在f_L 到 f_H間得到平坦的增益。通過選擇性地在較低頻率實施誤配，可達(dá)到上述結(jié)果。將不同采樣頻率帶入方程3可對輸入反射系數(shù)進行估算并將其存儲在外部數(shù)據(jù)文件中。然后對輸入匹配網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化以在整個頻帶對計算出的輸入反射系數(shù)進行建模。

6．在保持所要求頻率響應(yīng)的前提下，基于實際情況，用Touchstone的調(diào)諧器窗對匹配網(wǎng)絡(luò)的元素進行調(diào)制。

為驗證上述程式的有效性，設(shè)計和搭建了一個PA電路。該C類 PA在225到400 MHz內(nèi)具有10W輸出功率，最小功率增益是10dB。因零偏置發(fā)射-基結(jié)結(jié)構(gòu)兼具高效和結(jié)構(gòu)簡單的特點，所以，C類采用該結(jié)構(gòu)。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(shè)計從在器件數(shù)據(jù)手冊中選擇輸入和輸出阻抗(Z_in和Z*OL)開始，然后在整個相關(guān)頻段插入這些數(shù)據(jù)(可借助Touchstone完成)。表中顯示的是插入在225 MHz到400 MHz頻帶內(nèi)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(shè)計。

中心頻率(312.5 MHz)的輸入阻抗位于點A。設(shè)計目標(biāo)是當(dāng)從點A移向圖表的中心時，不超過常數(shù)Q規(guī)定的范圍。其中：

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

但該網(wǎng)絡(luò)具有一種包括兩個低通部分(L5–C5和L6–C6)、一個高通元件(C7)的帶通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(shè)計可預(yù)測從f_L到f_H間的Z_in和Z_out的建模網(wǎng)絡(luò)開始。通過Touchstone對這些網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)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。