04射频功率放大器-2课案.ppt

第4章 射频功率放大器 * 4．4 高效射频功率放大器 4．5 阻抗匹配网络与网络设计 * 4．4 高效射频功率放大器 功率消耗在管子上的原因是集极电流iC流过功率管时，功率管集射极间电压uCE不为零。 功率管的管耗PT可以用uCE和iC的乘积在一周期内的积分来表示，即 要求功率管在导通时，进入饱和而管压降为零；截止时，流过功率管的电流为零 -- 高效射频功放电路的设计思想 高效射频功放主要特点是功率管处于开关工作状态，称之开关型功放。A、B、C类功放，功率管是处于放大工作状态的，称之线性功放。 * 4．4 高效射频功率放大器 4．4．1 D类RFPA 图4．4．1 D类功放电路 D类RFPA通常采用两只功率管组成推挽工作结构。 图中输入激励信号经变压器倒换相位后，使功率管T1、T2交替导通，并处于开关工作状态。 * 4．4 高效射频功率放大器 4．4．1 D类RFPA 图4．4．2 D类功放的等效电路的ua波形 * 4．4 高效射频功率放大器 4．4．1 D类RFPA 图4．4．2 D类功放的等效电路的ua波形 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计 阻抗匹配是为了实现从功率源传递给负载提供最大RF功率。实践中的RF功率管，其输入阻抗和输出阻抗都比较小，而且功率越大，则阻抗更小。因此，功放的级与级之间必须进行阻抗变换，实现阻抗匹配，达到最大功率传输。 阻抗匹配网络通常采用LC电抗元件组成的滤波网络，因此也能起选频滤波作用。阻抗匹配常为复阻抗匹配，设计匹配网络比较复杂，尤其是宽带匹配网络的设计。 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．2 阻抗匹配原理 Zs=Rs+jXs是信号源阻抗,ZL=RL+jXL是负载阻抗。负载上得到的功率为: 当RL=Rs、Xs+XL=0时,负载功率PL达最大。因此阻抗匹配条件为 RL=Rs、XL+Xs =0 这表明ZL和Zs应互为共轭复数，即ZL=Zs*。因此，阻抗匹配实际上是共轭阻抗匹配。 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．3 匹配网络与网络设计 集中参数元件的匹配网络有L型、π型和T型等，这三种网络也是RFPA设计中常用的匹配网络。 图4．5．4 RFPA中常用的匹配网络 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．3 匹配网络与网络设计 1、L型匹配网络 两个电抗X1、X2构成L形。X1和X2必须互为异性电抗,通常X2 为电感、X1为电容。L型匹配网络一般为低通滤波网络。 图4．5．5 L型匹配电路 图4．5．6 串并联阻抗变换 考虑功率管的Zo和负载RL后,可画如图4．5．6所示的匹配电路。图中X2和RL构成串联阻抗,如图4．5．6(a)。为分析阻抗匹配,可以将串联阻抗变换成如图4．5．6(b)所示的并联阻抗。 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．3 匹配网络与网络设计 1、L型匹配网络 图4．5．5 L型匹配电路 图4．5．6 串并联阻抗变换 变换前后两者的阻抗(导纳)应完全相等: * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．3 匹配网络与网络设计 1、L型匹配网络 图4．5．7 变换后的等效L型网络 变换后的等效L型匹配网络如图4.5.7所示。在给定频率上,根据匹配条件：Rp=Rs ,X1+Xp=0,所以可得L型匹配网络的设计关系式为 图4．5．5 L型匹配电路 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．3 匹配网络与网络设计 2、π型匹配网络 由三个电抗元件连接成“π”形结构的匹配网络称之π型匹配网络。其中两个并联支路是同性电抗，另一个串联支路是异性电抗，如图4．5．11(a)所示。由于匹配网络一般为低通滤波网络，所以串联支路通常为电感L，即电抗为XL，并联支路为电容C，即电抗Xc1、Xc2。 图4．5．11 π型匹配网络 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．3 匹配网络与网络设计 2、π型匹配网络 对π型匹配网络的设计，可以用L型匹配网络的设计关系导出。在某给定频率fo，π型匹配网络的设计关系式分别为: 注意: 在工作频率较高时，必须将射频功率管的输出电容Co考虑在匹配网络内。这时XC1内应包含Co的容抗，计算C1值时也应减去Co值。 * 4．5 阻抗匹配网络与网络设计4．5．3 匹配网络与网络设计 3．T型匹配网络 图4．5．12 T型匹配网络 图4．5．13 T型网络的分解