1、第一節(jié) 概述在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中，高頻功率放大器主要是用來(lái)放大由調(diào)頻激勵(lì)器送出的射頻已調(diào)波信號(hào)。小功率的已調(diào)波信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的放大和功率合成后。以達(dá)到額定的高頻功率后，經(jīng)由饋線送到天線上發(fā)射出去。目前所使用的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的高頻功率放大器，在大功率的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有面世以前，多采用電子管作為高頻功放的電子器件，就是所謂的電子管廣播發(fā)射機(jī)。而晶體管用于高頻功放的功率放大器件只是在近年來(lái)才廣泛使用，到目前為止，場(chǎng)效應(yīng)管已替代晶體管作為全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的功率放大器件。高頻功率放大器主要由場(chǎng)效應(yīng)管功放模塊、分配器和合成器、低通濾波器和監(jiān)測(cè)單元所組成。而場(chǎng)效應(yīng)管功放模塊由輸入匹配回路、功放

2、管和輸出匹配回路組成，其輸入、輸出匹配回路大多采用半集總半分布式回路，隨著科技的不斷發(fā)展，大功率的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的不斷更新?lián)Q代，為我們研制生產(chǎn)大功率等級(jí)的全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)提供了便利的條件。作為功率器件的晶體管與電子管相比，它具有體積小、重量輕、耗電省、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此它一出現(xiàn)就顯示了很強(qiáng)的生命力，在短時(shí)間內(nèi)獲得了迅速的發(fā)展。因此應(yīng)用大功率場(chǎng)效應(yīng)管的全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)已逐漸地取代了電子管功放的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，為廣播通訊的發(fā)展揭開(kāi)了新的篇章。全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的大功率MOSFET管，目前使用較多的是飛利浦公司生產(chǎn)的BLF177、BLF278和摩托羅拉公司生產(chǎn)的MRF151G等。BLF177

3、的最大輸出功率為150W，而B(niǎo)LF278和MRF151G的最大輸出功率為300W，隨著功率合成技術(shù)的不斷發(fā)展，更高功率等級(jí)的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)已成現(xiàn)實(shí)。但無(wú)論是使用電子管還是晶體管的高頻功率放大器，其主要性能指標(biāo)都是指的功率增益、效率、帶寬和諧波抑制度。由于這幾項(xiàng)指標(biāo)不容易兼顧，所以在設(shè)計(jì)高頻功率放大器時(shí)，根據(jù)工作的類型不同等特點(diǎn)，重點(diǎn)的保證其中一些指標(biāo)，同時(shí)兼顧另外一些指標(biāo)，如調(diào)頻激勵(lì)器的功率放大器是以輸出功率和帶寬為主要指標(biāo)，而發(fā)射機(jī)的末級(jí)功率放大器則以效率、功率增益和諧波抑制度為主要指標(biāo)。我們已經(jīng)知道，放大器可以按照電流通角的不同，分為甲、乙、丙類工作狀態(tài)，甲類放大器的電流通角為360，適用

4、于小信號(hào)低功率放大。乙類放大器的電流通角約等于180，丙類放大器的電流通角則小于180，乙類和丙類都適用于大功率工作，但丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高的，所以高頻功率放大器大多工作于丙類，但丙類放大器的電流波形失真太大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大，而調(diào)諧回路具有濾波能力，回路的電流與電壓仍然極近于正弦波，失真很小。例如1kW調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的末級(jí)功放中的300W功放模塊，就是采用雙推挽功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管BLF278作為功放管。當(dāng)它工作于丙類時(shí)，其輸出功率為300W，功率增益為18dB，效率達(dá)到75以上，4路300W功放模塊經(jīng)功率合成后輸出大于1kW。由

5、于調(diào)頻廣播的工作頻段為87108MHz，高頻功率放大器的二、三次諧波均落入電視廣播的頻段，為了不造成對(duì)電視接收的干擾，在涉及功率放大器時(shí)除提高諧波的抑制度外，還在其功放的輸出端加有抑制諧波用的高性能低通濾波器，以滿足整機(jī)對(duì)諧波的要求。第二節(jié) 高頻功率放大器一、 大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是近年發(fā)展起來(lái)的新型半導(dǎo)體功率器件，這類功率管大多采用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱MOSFET）作為功率器件，目前這類功率器件還在不斷的向前發(fā)展，最新面世的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱LDMOSFET），它在輸出功率、效率及高駐波比工作上比MOSFET優(yōu)勢(shì)更加明顯，是以后功率器件發(fā)

6、展的趨勢(shì)所在。作為功率器件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管與雙極性晶體管相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）當(dāng)柵源電壓固定時(shí)，MOSFET的漏極電流溫度系數(shù)是負(fù)的（由于溝道中載流子遷移率隨溫度升高而下降），也就是說(shuō)當(dāng)其他條件不變的情況下，該管子的輸出功率隨溫度的升高而下降，使MOSFET從原理上消除了熱不穩(wěn)定性二次擊穿的問(wèn)題，另一方面使MOSFET可以采用多級(jí)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)以獲得很大的功率輸出。（2）在短溝道MOSFET中，載流子以飽和漂移速度通過(guò)全部溝道長(zhǎng)度時(shí)，MOSFET的跨導(dǎo)是不隨柵源電壓變化的恒定值，可以獲得線性功率放大。（3）MOSFET輸入阻抗高，是電壓控制器件。這使輸入電路的功耗大大減小，有助于控制并實(shí)現(xiàn)最大輸

7、出功率。（4）MOSFET是功率開(kāi)關(guān)器件，具有較快的開(kāi)關(guān)速度。（5）目前，MOSFET功率器件的結(jié)溫較高，總耗散功率大，漏源工作電壓可高達(dá)100V以上，這對(duì)于大功率狀態(tài)工作的管子尤為有利。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管按工作方式分有增強(qiáng)型和耗盡型兩類，而每類又分為N溝道和P溝道，N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管的襯底為P型材料，增強(qiáng)型的MOSFET的柵偏壓為正，耗盡型的柵偏壓為負(fù)。在全固態(tài)的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中，其高頻功率放大器的功放管多采用的是N溝道增強(qiáng)型的VMOSFET（具有V形槽的MOSFET）。其最大特點(diǎn)是利用嚴(yán)格控制擴(kuò)散結(jié)深的方法來(lái)控制溝道長(zhǎng)度，以提高它的高頻特性。由于VMOSFET的溝道短，柵漏間的電容較小

8、，其工作頻率可達(dá)到20GHz。最近幾年又新推出的適合數(shù)字功率發(fā)射的LD-MOSFET技術(shù)的場(chǎng)效應(yīng)管（橫向擴(kuò)散金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管），輸出功率更大，對(duì)負(fù)載的適配能力更強(qiáng)。也是今后發(fā)展的主流趨勢(shì)，目前已有產(chǎn)品面世。（一）MOSFET的基本工作原理N溝道增強(qiáng)型MOSFET在工作時(shí)，其柵源電壓VGS和漏源電壓VDS均為正向電壓，如圖2-1所示。圖2-1 N溝道增強(qiáng)型MOSFET工作原理當(dāng)柵源電壓VGS0時(shí)(或0時(shí))，雖然漏源電壓VDS為正，但因兩個(gè)N型區(qū)之間有P型襯底相隔，電流不能流通，故漏極電流ID0，MOSFET處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)柵源電壓VGS0時(shí)，相當(dāng)于VGS加在了以SiO2為介質(zhì)，以柵極和P型襯底

9、為兩級(jí)板的電容器，在介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)由柵極指向P型襯底的電場(chǎng)。該電場(chǎng)排斥襯底中的空穴而吸引電子，在VGS較小時(shí)被吸引到襯底表面的電子數(shù)很少，并被襯底表面的大量空穴復(fù)合掉，在表面層形成截流子的耗盡層，無(wú)法形成導(dǎo)電溝道。但當(dāng)VGS增加到一定程度，比如VGSVt時(shí)，被吸引到表面層上的電子數(shù)增多，形成很薄的N型溝道，通常稱為“反型層”，而“反型層”實(shí)際構(gòu)成了漏、源極間的導(dǎo)電溝道。這時(shí)柵源電壓Vt為MOSFET的開(kāi)啟電壓，加上VDS后就會(huì)產(chǎn)生漏極電流ID，且VGS越大，ID也就越大，實(shí)現(xiàn)了VGS對(duì)ID的控制作用。（二）MOSFET的特性曲線N溝道增強(qiáng)型MOSFET通常采用共源連接方式，其源極與襯底連接并接

10、地，電路如圖2-2(a)所示。與之相對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線如圖2-2(b)所示。輸出特性曲線上所劃分的3個(gè)工作區(qū)，分別是：可調(diào)電阻區(qū)；飽和區(qū)；雪崩區(qū)。在源極與襯底相連時(shí)各工作區(qū)的特點(diǎn)如下：可調(diào)電阻區(qū)：漏電流ID隨VDS的變化近似于線性變化，所以又稱為線性區(qū)。飽和區(qū)：漏電流ID幾乎不隨VDS變化，但當(dāng)VGS增大時(shí)，由于溝道電阻減小，其飽和電流值也相應(yīng)增加，所以飽和區(qū)為MOSFET的線性放大區(qū)。雪崩區(qū)：又稱擊穿區(qū)。當(dāng)VDS大于某一電壓時(shí)，漏極與襯底的PN結(jié)發(fā)生反向擊穿，ID就急劇增加，特性曲線進(jìn)入雪崩區(qū)。這時(shí)的漏極電流無(wú)須經(jīng)過(guò)溝道區(qū)，而直接由漏極進(jìn)入襯底，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓，它隨著VGS的變化而變，

11、所以在設(shè)計(jì)和調(diào)整放大器時(shí)，應(yīng)避免工作在擊穿區(qū)。圖2-2 N溝道增強(qiáng)型MOSFET電路與特性曲線（三）VMOSFET的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)圖2-3為其結(jié)構(gòu)示意圖。將高摻雜的N型硅（N）襯底作為漏極D，在其外延上生長(zhǎng)一層低摻雜的N型硅（N），通過(guò)擴(kuò)散在外層上制作一層低摻雜的P型硅（P），然后再沿垂直方向穿過(guò)N區(qū)和P區(qū)蝕刻出一個(gè)V型槽，最后在整個(gè)表面上生長(zhǎng)出氧化層（SiO2），并在V型槽部分覆蓋一層金屬作為柵極G，從N區(qū)和P型襯底（P）上引出源極S，則構(gòu)成一個(gè)VMOSFET。圖2-3 V-MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖2、特點(diǎn)VMOSFET從其結(jié)構(gòu)上看，它的柵極是一個(gè)V型槽，生成2個(gè)溝道，可提供較大的電流密

12、度，并且漏極的散熱面積大，在采取有效的散熱情況下，適合于大功率工作的狀態(tài)。其特點(diǎn)如下：（1） 輸入、輸出阻抗高，容易實(shí)現(xiàn)寬帶匹配。（2） 功率增益高，輸出功率大，且驅(qū)動(dòng)較小，容易實(shí)現(xiàn)功率控制。（3） 漏源擊穿電壓高，對(duì)安全可靠工作有利。（4） 正向跨導(dǎo)較大，且跨導(dǎo)的線性好。（5） 通頻帶寬，高頻特性好。（6） 具有負(fù)溫度參數(shù)，溫度穩(wěn)定性好。（7） 低的導(dǎo)通電阻Ron，既能提高最大輸出功率，又能保持較低的耗散功率。（8） 輸入、輸出間的反饋電容小，線路便于設(shè)計(jì)和調(diào)整。目前VMOSFET已在高頻功率放大、音頻功放、開(kāi)關(guān)電源及高速開(kāi)關(guān)、直流轉(zhuǎn)換等方面得到廣泛的應(yīng)用。（四）BLF177和BLF278技

13、術(shù)參數(shù)1、BLF177外形及參數(shù)圖2-4 BLF177外形圖和電路符號(hào)圖2-4所示是BLF177的外形和電路符號(hào)，其中1是漏極，3是柵極，2和4是源極，屬N溝道增強(qiáng)型VMOSFET功率管，有以下特點(diǎn)：（1） 功率增益高。（2） 互調(diào)失真低。（3） 功率輸出便于調(diào)整。（4） 溫度穩(wěn)定性好。（5） 抗負(fù)載失配能力強(qiáng)。其他的主要參數(shù)包括：漏源擊穿電壓VDSS（最小110V），柵源門限電壓VGSth（24.5V），導(dǎo)通時(shí)的漏源間直流電阻RDSon），正向跨導(dǎo)gfs和極間電容等，對(duì)設(shè)計(jì)高頻功率放大器時(shí)是極為重要的參數(shù)，這里不再詳細(xì)說(shuō)明。表2-1 BLF177的RF性能數(shù)據(jù) 表2-2 BLF177的極限參

14、數(shù) 2、BLF278外形及參數(shù)圖2-5 BLF278外形圖和電路符號(hào)圖2-5所示是BLF278的外形和電路符號(hào)，其中1、2為漏極D1、D2，3、4為柵極G1、G2，5為源極S。這是一個(gè)雙推挽N溝道增強(qiáng)型的VMOSFET功放管。把特性完全相同的兩個(gè)管芯封裝在同一個(gè)底座上，專門用作推挽功率放大，提高輸出功率，兩個(gè)管子的源極是通過(guò)底座連接在一起的。廣泛地應(yīng)用于VHF頻段的全固態(tài)廣播電視發(fā)射設(shè)備中。其特點(diǎn)如下：（1） 它為電壓控制器件，功率增益高。（2） 具有負(fù)的溫度系數(shù)，溫度穩(wěn)定性好。（3） 柵漏極的反饋電容小，設(shè)計(jì)和調(diào)整方便。（4） 輸入、輸出阻抗高，容易實(shí)現(xiàn)寬帶匹配。（5） 效率高達(dá)80。（6）

15、 鍍金層的電極，保證安全可靠。表2-3 BLF278的RF性能數(shù)據(jù)（推挽共源連接，25條件下）表2-4 BLF278的極限參數(shù)表2-5 BLF278的特性參數(shù)（五）大功率MOSFET的使用上述所介紹的兩種MOSFET器件的特點(diǎn)都是熱穩(wěn)定性好，抗負(fù)載失配能力強(qiáng)，為電壓控制器件，以柵極電壓VGS控制漏極電流，正向跨導(dǎo)大，控制能力較強(qiáng)。由于輸入阻抗高，柵極的電流很小，所以要求激勵(lì)功率小，功率增益高，但也由于輸入阻抗很高，使得柵極感應(yīng)的電荷不易泄放，由此而產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，造成柵極的絕緣層容易被擊穿而損壞，所以在使用和保存上述器件時(shí)應(yīng)特別注意。1、存放和使用由于MOSFET器件的柵極極易受靜電而損壞

16、，是屬于靜電敏感器件。所以應(yīng)存放在防靜電的包裝盒內(nèi)，或在各極短路的情況下保存。在取用和安裝過(guò)程中，需要采取防靜電措施。操作時(shí)操作人員必須帶上手套和靜電泄放手腕，沒(méi)有條件的情況下，可先用手摸一下地線的方式，把人體上積聚的靜電放掉，以免靜電損壞功放管。尤其在冬天干燥的季節(jié)，由于衣著物因摩擦而極易感應(yīng)靜電，應(yīng)特別注意。如沒(méi)有防靜電包裝，也可把各極短路后保存。安裝新管子或是更換時(shí)，應(yīng)先把器件安裝在散熱器上，將源極與地良好接觸，這時(shí)用防靜電烙鐵或者拔掉電烙鐵的電源插頭來(lái)焊接，每次焊接的時(shí)間最好不超過(guò)5秒，以保證安裝的新管子不被損壞。還有一點(diǎn)應(yīng)注意，BLF177和BLF278管子內(nèi)部都含有氧化鈹陶瓷，由于

17、這種材料的散熱效果特別好而被采用，但氧化鈹本身是一種劇毒物質(zhì)，要求使用者應(yīng)特別注意，切勿用手直接觸摸，更換下的壞管子也不可隨意丟棄，應(yīng)妥善的保管和處理，以防發(fā)生人身意外。2、MOSFET的簡(jiǎn)單測(cè)量法BLF177和BLF278的柵源門限電壓在24.5V之間，而柵源的極限電壓為20V，漏源之間在導(dǎo)通狀態(tài)下的直流電阻RDS，接近于0。利用這一特點(diǎn)，在測(cè)量管子時(shí)選用MF500型萬(wàn)用表，它的10K電阻檔內(nèi)部接有9V電池，正端為紅表筆與電池的負(fù)極連接，負(fù)端為黑表筆接電池的正極，測(cè)量時(shí)應(yīng)先檢查表筆是否在正確位置。下面介紹測(cè)量方法：（1）正向?qū)y(cè)量：BLF177和BLF278的管腳位置見(jiàn)圖2-4和圖2-5，

18、首先將紅表筆接在源極s上，黑表筆接?xùn)艠Og上，此時(shí)柵源間的電阻很大，表頭指示不動(dòng)，柵、源間的輸入電容被正向充電，柵極為正電壓，漏源應(yīng)該導(dǎo)通，這時(shí)紅表筆不動(dòng)，將黑表筆接在漏極d上，表頭指示為0，說(shuō)明漏源導(dǎo)通。（2）反向夾斷測(cè)量：將黑表筆接源極s上，紅表筆接?xùn)艠Og上，由于電阻很大表頭指示不動(dòng)，柵、源間輸入電容被反向充電，柵極為負(fù)電壓，漏源被截止。這時(shí)將紅表筆接源極s上，將黑表筆接漏極d上，表頭指示不動(dòng)電阻很大，說(shuō)明管子被夾斷。通過(guò)上述的測(cè)量，我們可以判斷功放管是否良好，在調(diào)試和維護(hù)功放時(shí)，如果要測(cè)量管子，也可以不必焊下來(lái)，只將焊接在周圍影響測(cè)量的元器件挑開(kāi)后即可進(jìn)行。二、30W功率放大器30W功率放

19、大器作為1.2kW功率放大器的前級(jí)推動(dòng)，激勵(lì)器輸出的射頻功率信號(hào)先經(jīng)30W前級(jí)放大后，去推動(dòng)末級(jí)的4300W功率放大器。電路原理如圖2-6所示，分別由輸入匹配回路、輸出匹配回路、功放管、柵極偏置電路和電源部分組成。30W前級(jí)功放的輸入端串有一個(gè)20W、50/4dB衰減器，一是防止過(guò)大激勵(lì)的輸入，二是阻止由于阻抗失配而反射的功率串入激勵(lì)器。為防止放大器產(chǎn)生震蕩加入反饋電路。輸入匹配電路是將輸入端的50阻抗，通過(guò)一個(gè)LC匹配電路采用切比雪夫微帶變阻濾波器與BLF177的柵極輸入阻抗相匹配，C3微薄膜介質(zhì)可調(diào)電容器，通過(guò)調(diào)整C3可改變其諧振點(diǎn)，使輸入匹配為最佳點(diǎn)。它的輸出匹配電路采用與輸入匹配同樣的

20、阻抗變換電路，使輸出端的50負(fù)載阻抗與BLF177的漏極阻抗相匹配。C15是將電源電壓與輸出端隔離并參與阻抗匹配，在輸入、輸出電路中使用切比雪夫?yàn)V波器型的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，即完成阻抗匹配，還可有效地除去諧波分量，其原理和計(jì)算可參閱有關(guān)資料。輸入和輸出匹配電路中的所有電感均為微帶線的形式，在原理圖上沒(méi)有標(biāo)出位號(hào)，以粗黑線的形式表示。電容器采用高品質(zhì)的多層陶瓷片狀電容，以消除引線電感對(duì)電路的不穩(wěn)定因素。柵極偏置電路除提供BLF177的門限電壓外，還具有載波關(guān)斷功能。由于所用的BLF177功放管是N溝道增強(qiáng)型的，其柵極的柵偏壓為正電壓，由穩(wěn)壓二極管D4（4.7V）提供一個(gè)穩(wěn)定的電平，調(diào)整電位器RP2來(lái)完

21、成柵偏壓的設(shè)置。載波關(guān)斷功能：當(dāng)功率放大器在沒(méi)有正常工作之前，也就是功放管V1在沒(méi)有加上漏極電源時(shí)，這時(shí)的V1應(yīng)處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)功放電源正常時(shí)，來(lái)自控制板的12V電壓送到XS3-5上，使晶體管V3的基極偏置電壓為負(fù)，V3被截止，這時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管V1的柵偏壓為正常設(shè)置，V1為導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)功放電源不正常時(shí)，控制板送到XS3-5上的電平為0V，通過(guò)R24和R26的分壓使V3處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)XS3-1上的12V電壓通過(guò)V3后與原來(lái)的正常偏壓一起加在V1的柵極上，使柵極偏壓為約9V的電壓，V1被反向關(guān)斷，30W功放輸出為0。圖2-6 30W功率放大器電原理圖三、300W功率放大器300W功率放大器（簡(jiǎn)稱3

22、00W功放模塊）采用的是大功率場(chǎng)效應(yīng)管BLF278，該功放管是在同一芯片工作的特性完全相同的兩個(gè)管子，專門用作推挽功率放大。其特點(diǎn)已在上節(jié)中詳細(xì)介紹過(guò)。由于BLF278的輸入、輸出阻抗很高，容易實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，因此功放電路簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，不需調(diào)整即可覆蓋整個(gè)FM廣播頻段，這一點(diǎn)是電子管功放的發(fā)射機(jī)所無(wú)法相比的。1和VD2后，同時(shí)供給V1（BLF278）的兩個(gè)柵極，兩個(gè)柵極的偏壓大小由監(jiān)測(cè)單元的偏置電路自動(dòng)設(shè)置并且保持一致。在V1的兩個(gè)漏柵之間所加的并聯(lián)反饋電路：R4、R5、R6、R7，用于改善放大器的頻率特性，且用來(lái)擬制寄生振蕩。圖2-7 300W功率放大器電原理圖300W功放模塊所采用的是

23、推挽放大，它的輸入、輸出匹配電路與30W功放的電路有所不同，方框圖如圖2-8所示。首先要將不平衡輸入端口變?yōu)榉聪嗟膬蓚€(gè)平衡端口。圖2-8 300W功放模塊方框圖（一）對(duì)稱同軸不平衡平衡阻抗變換器圖2-9 簡(jiǎn)單同軸不平衡平衡阻抗變換器圖2-9為簡(jiǎn)單同軸不平衡平衡阻抗變換器。同軸線的外導(dǎo)體端接地，端不接地，故端口為不平衡輸入端口，端口為等幅反相輸出端口。其等幅反相原理是電荷守恒原理，即同軸傳輸線的任一截面處，內(nèi)外導(dǎo)體的電流大小相等而相位相反。從端看，它與射頻地之間還存在一段寄生線L2（漏損線），L2和L1等長(zhǎng)，其電抗為jX2。如果不考慮漏損線L2的影響，該阻抗變換器的帶寬理論上是無(wú)限的。然而在寬帶

24、工作時(shí)，漏損線L2的影響不能忽略，若取L1g/4，則。式中是角頻率，V是漏損線的相速，L2L1則jX2呈現(xiàn)感抗。隨著頻率降低，jX2也隨之下降，使端口對(duì)射頻地的隔離下降，該端口的阻抗變換失衡。為了補(bǔ)償漏損線對(duì)不平衡平衡阻抗變換器的影響，在端口與射頻地之間加上與L1等長(zhǎng)的同軸線L3，這樣平衡端口與輸入端口射頻地之間形成的終端短路線L2和L3是對(duì)稱的。如圖2-10所示。L2和L3的電抗效應(yīng)和阻抗變換器的性能相關(guān)，L2和L3對(duì)稱（L2L3，Z2Z3），則結(jié)構(gòu)形式本身從理論上就確保了這種不平衡平衡阻抗變換器的完美平衡。由于、端口對(duì)射頻地的隔離相平衡，且L2和L3的特性阻抗較高，近倍頻程量級(jí)工作帶寬是可

25、以保證的。圖2-10 對(duì)稱同軸不平衡平衡阻抗變換器輸出端的平衡不平衡阻抗變換器是輸入端不平衡平衡阻抗變換器的倒置，將平衡的50輸出變?yōu)椴黄胶獾?0輸出。300W功放模塊的平衡不平衡阻抗變換電路，除W1采用同軸線外，其余均采用了微帶線來(lái)替代同軸線。（二）輸入、輸出匹配電路經(jīng)不平衡平衡阻抗變換后，平衡的50輸入阻抗對(duì)每個(gè)單管來(lái)說(shuō)是25。如果采用1:4變壓器進(jìn)行阻抗變換對(duì)每個(gè)單管來(lái)說(shuō)是12.5。再通過(guò)切比雪夫微帶變阻匹配濾波器與BLF278的柵源極阻抗匹配，調(diào)整輸入端的C1可變電容，使輸入匹配為最佳狀態(tài)。輸出匹配回路也采用同樣的電路，使漏源極輸出阻抗與平衡的50相匹配。輸入、輸出匹配均為寬帶設(shè)計(jì)，而

26、輸出匹配電路在設(shè)計(jì)時(shí)以提高輸出功率和效率為主。由于功放管的輸入、輸出阻抗均為復(fù)數(shù)，阻抗匹配的目的是指在變換負(fù)載阻抗時(shí)，使虛數(shù)部分與信號(hào)源阻抗的虛數(shù)部分相抵消的同時(shí)，得到所需要的實(shí)數(shù)值，而在理論上又沒(méi)有損耗的電路。應(yīng)滿足以下條件： 應(yīng)無(wú)損耗地通過(guò)所需要的信號(hào)； 應(yīng)對(duì)雜散信號(hào)有足夠的抑制； 在所需要的工作頻段內(nèi)，應(yīng)使信號(hào)源與負(fù)載匹配。所以輸入、輸出匹配電路通常要通過(guò)LC匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。LC匹配網(wǎng)絡(luò)可以由分立元器件組成，也可由分布參數(shù)的元件來(lái)完成，須根據(jù)放大電路的具體情況而定。低頻小功率場(chǎng)合可用分立元器件完成，高頻大功率場(chǎng)合則基本采用分布參數(shù)的元件來(lái)完成。以上匹配電路中的電感均采用微帶線（原理圖中的

27、粗黑線表示），而電容采用無(wú)感的多層陶瓷片狀電容器。這是因?yàn)樵诟哳l功率放大電路中，元器件的引線寄生電感會(huì)造成振蕩，使電路工作不穩(wěn)定。由于300W功率放大器采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大器，調(diào)諧回路具有濾波能力，其輸出的電壓與電流近似于正弦波，失真很小。300W功率放大器的功放管漏極電壓48V，柵偏壓為2V左右，放大器工作于丙類狀態(tài)，功率增益達(dá)18dB，效率優(yōu)于75。在FM頻段內(nèi)不需調(diào)整即能滿足輸出功率的要求。1.2kW功率放大器作為1kW調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的末級(jí)功率放大器，在87108MHz頻率范圍內(nèi)輸出功率不小于1kW，采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱，整個(gè)電路安裝在一個(gè)19吋寬、5U高的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)盒內(nèi)。其中包括

28、如下部件： 30W前級(jí)功放 4個(gè)300W功放模塊 功率分配器（4分配） 功率合成器（4合成） 帶有定向耦合器的諧波濾波器 控制單元圖2-11所示是1.2kW功率放大器的電路原理圖。激勵(lì)器輸出的射頻信號(hào)（RF）經(jīng)一段同軸電纜送入30W前級(jí)功放，放大后的RF輸出功率經(jīng)由微帶線4路功率分配器，分為4路幅度相同，相位相同的信號(hào)給4個(gè)300W功放模塊。工作于寬帶和丙類狀態(tài)下的4個(gè)300W功放，在FM頻段內(nèi)改變頻率時(shí)不需要進(jìn)行調(diào)整就可滿足輸出的需求，在額定輸出功率不小于1kW時(shí)，每個(gè)功放至少提供260W的輸出。4路300W功放輸出的4個(gè)幅度相同、相位相同的信號(hào)，經(jīng)微帶4路功率合成器合成，合成后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)

29、一個(gè)低通濾波器和定向耦合器后輸出至終端負(fù)載。低通濾波器具有很好的阻帶特性，使1.2kW功率放大器輸出端的諧波抑制完全符合技術(shù)要求。定向耦合器耦合輸出3路信號(hào)：一路供射頻檢測(cè)（指標(biāo)測(cè)試用），另兩路為入射、反射檢測(cè)去控制單元。功放中還設(shè)有溫度檢測(cè)功能，75常開(kāi)型的溫度繼電器安裝在功率合成的平衡電阻附近。當(dāng)其中某個(gè)300W功放模塊故障時(shí)，合成器的平衡電阻將吸收兩路信號(hào)不平衡的功率損耗，而產(chǎn)生熱能向周圍擴(kuò)散。在30W前級(jí)功放中設(shè)有AGC控制電路，當(dāng)功放過(guò)溫或輸出駐波較大（VSWR1.5）時(shí)，控制單元的AGC電路送來(lái)一個(gè)控制電平，使30W輸出功率減小，從而使總輸出功率減小，防止功率放大器的損壞。1.2k

30、W功率放大器的技術(shù)參數(shù)：頻率范圍：87108MHz輸入功率：1.52W輸出功率：1kW負(fù)載阻抗：50電源電壓：48Vdc控制電壓：12V，5Vdc（一）功率分配器與合成器在全固態(tài)的發(fā)射機(jī)中為了獲得更高的輸出功率，必須通過(guò)多個(gè)功率放大器單元的并聯(lián)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了支持多個(gè)功率放大器單元的正常工作，需要對(duì)輸入功率進(jìn)行分配和對(duì)輸出功率進(jìn)行合成，而分配器和合成器在電路形成上是相同的，是一種倒置關(guān)系。在目前，發(fā)射機(jī)所采用的功率分配和合成的方式較多，包括有：（1）900移相3dB功率合成器；（2）1800反相3dB功率合成器；（3）同相二等分功率合成器（也稱威爾金遜合成）；（4）多路功率直接合成法（也稱吉賽

31、爾合成）。其中以微帶線制成的微帶功率分配器與合成器，其制作簡(jiǎn)單容易，且不存在無(wú)用輸出端即吸收負(fù)載端，應(yīng)用方便，適用于中、小功率的分配與合成。我們先分析一下N路平衡型功率分配（合成）器的工作原理。圖2-12所示為N路功率分配器。圖1-12 N路功率分配器輸入端與N個(gè)特性阻抗為ZC的阻抗變換節(jié)相連，然后再與N個(gè)負(fù)載相連，同時(shí)在各輸出端之間為避免相互干擾而接入N個(gè)平衡隔離電阻Ri。設(shè)輸入端的信號(hào)源內(nèi)阻為RS，負(fù)載電阻為RL。那么各路的阻抗變換節(jié)的特性阻抗為：式（2-1）其中N為功率分配器的路數(shù)。由于電路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，將使輸入功率被分成大小相等的N路輸出，當(dāng)輸出各路均接匹配負(fù)載RL時(shí)，只需各路信號(hào)所經(jīng)

32、過(guò)的電長(zhǎng)度相同（都是），各輸出端將處于同電位，因而輸出端口和公共結(jié)點(diǎn)間的隔離電阻Ri并不消耗任何功率。加入輸出口之一由于某種原因使信號(hào)發(fā)生了反射，此反射信號(hào)的功率也將分路，一部分直接經(jīng)過(guò)這些隔離電阻傳至其余各輸出口，而其余的功率將返向輸入端口，并在各路支線匯集處再度分配，于是又重新經(jīng)由各支線傳至各輸出端口。因此，某一端口的反射信號(hào)將經(jīng)兩種途徑傳至其余各輸出端口，而兩種途徑的電長(zhǎng)度并不相同，當(dāng)隔離電阻尺寸很小，可認(rèn)為它的電長(zhǎng)度近似為零，支線阻抗變換節(jié)的電長(zhǎng)度在中心頻率處（），因而往返二次的電長(zhǎng)度為?？梢?jiàn)兩種不同途徑到其余各輸出端口的反射信號(hào)相位正好相反，相互抵消。由此可見(jiàn)，只要隔離電阻Ri選得與

33、負(fù)載電阻RL一樣，且變換節(jié)特性阻抗?jié)M足式（2-1），則兩種途徑的反射幅度將是相等的，而相位相反，因而相互抵消，實(shí)現(xiàn)了各輸出口之間相互隔離的目的。圖2-13所示為N路功率合成器。當(dāng)N個(gè)功率放大器以相同振幅、同相工作時(shí)，沒(méi)有電流流過(guò)隔離電阻，每個(gè)放大器的輸出功率P0經(jīng)過(guò)的阻抗變換節(jié)饋到負(fù)載RL上，這時(shí)負(fù)載上的功率為：PLNP0。圖2-13 N路功率合成器1.2kW功率放大器中采用的微帶功率分配器和合成器，利用兩個(gè)同相等功率二合成（分配）級(jí)聯(lián)來(lái)完成的。整個(gè)分配或合成電路是印制在一塊雙面覆銅的聚四氟乙烯玻璃布板上，這種材料的印制板介電常數(shù)比較穩(wěn)定，介質(zhì)損耗小，溫度特性好，而被普遍應(yīng)用于高頻電路。圖2-

34、14所示為四分配器和合成器的結(jié)構(gòu)圖。圖2-14 四分配器和合成器已知輸入阻抗RS50，負(fù)載阻抗RL50，根據(jù)式（2-1）可計(jì)算出各支線阻抗變換節(jié)的特性阻抗：兩支線間的平衡隔離電阻為：各支線的阻抗變換節(jié)為聚四氟乙烯玻璃布板上印制的微帶線，其電長(zhǎng)度為中心頻率98MHz時(shí)的波長(zhǎng)，而這個(gè)電長(zhǎng)度可以由下列公式計(jì)算出：式（2-2）式（2-2）中0是空氣中微帶線的波導(dǎo)波長(zhǎng)（），e為介質(zhì)的有效介電常數(shù)。這種形式的功率分配器與合成器，一般的輸入（輸出）端的隔離度很容易做到大于20dB以上，而且駐波比（SWR）可做到1.1以內(nèi)，可用帶寬為1020。采用多級(jí)級(jí)聯(lián)的形式可以使分配（合成）的路數(shù)成倍增加，但多級(jí)級(jí)聯(lián)的分

35、配器和合成器的可用帶寬要比單級(jí)使用時(shí)的帶寬窄的多，且外形尺寸也變大，所以在多路功率合成時(shí)，往往采用直接合成法。在功率合成的過(guò)程中，如果每路功率放大器的輸出均正常，那么合成器中的平衡隔離電阻沒(méi)有電流通過(guò)，也就是說(shuō)不消耗功率。當(dāng)某一路或幾路功率放大器出現(xiàn)故障沒(méi)有輸出時(shí)，通過(guò)功率合成器則僅有部分功率送到輸出端輸出，其余功率均被平衡隔離電阻吸收消耗。假設(shè)有m路功率放大器進(jìn)行合成，當(dāng)有n路放大器停止工作時(shí)，合成器的輸出功率與平衡隔離電阻上所消耗功率的關(guān)系可由以下公式計(jì)算：式（2-3）式（2-4）式（2-3）、（2-4）中，Pout為合成器的輸出功率，P0為單路功率放大器的額定功率，Pb為平衡隔離電阻上消

36、耗的功率。例如，P0300Wm4n1（有一路功放故障）則Pout675WPb225W說(shuō)明1.2kW的功率放大器輸出只有675W，平衡電阻上消耗225W。P0300Wm4n2（有兩路功放故障）則Pout300WPb300W說(shuō)明1.2kW的功率放大器輸出只有300W，平衡電阻上消耗300W。在本章的功率放大器電路和功率分配（合成）電路中，都采用了微帶傳輸線的形式結(jié)構(gòu)。下面將簡(jiǎn)單介紹微帶傳輸線的特性及應(yīng)用，以便大家理解和認(rèn)識(shí)。（二）微帶傳輸線微帶傳輸線（簡(jiǎn)稱微帶線）是傳輸線的一種形式，是由傳輸線演變而成。作為一種微波集成傳輸線被廣泛應(yīng)用于微波電路。由于可用光刻程序制作，容易與其他無(wú)源微波電路和有源微

37、波器件集成，實(shí)現(xiàn)部件和系統(tǒng)的集成化，隨著大功率的晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的出現(xiàn)，已被廣泛地應(yīng)用于廣播通信設(shè)備上。圖2-15 微帶線及其場(chǎng)結(jié)構(gòu)微帶線是在堅(jiān)固的厚度為h的介質(zhì)基片的一面制作成寬度為w、厚度為t的導(dǎo)體帶，另一面作接地金屬平板而構(gòu)成的，如圖2-15（a）所示。可通過(guò)在介質(zhì)基片上沉積薄膜導(dǎo)體和覆銅板腐蝕等方法實(shí)現(xiàn)。按照微波理論分析，制作微帶線的理想基片材料應(yīng)具有下列特性：（1） 高介電常數(shù)，低損耗；（2） 介電常數(shù)在工作頻率和溫度范圍內(nèi)應(yīng)保持恒定；（3） 純度高、均勻，表面光潔度高，熱傳導(dǎo)性好。常用的介質(zhì)基片材料有高純度的氧化鋁陶瓷（r9.510，tg0.0003）、聚四氟乙烯（r2.1，tg0

38、.0004）和聚四氟乙烯玻璃布板（r2.552.7，tg0.008）。對(duì)于導(dǎo)體材料的要求是導(dǎo)電性能好，易于制作和焊接性好。從圖2-15（b）所示的場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖中可知，由于導(dǎo)體帶的上方為空氣，導(dǎo)體帶的下方為介質(zhì)基片，所以大部分場(chǎng)在介質(zhì)基片內(nèi)集中在導(dǎo)體帶與接地板之間，而另一部分場(chǎng)分布在基片上面的空氣區(qū)內(nèi)，因此微帶線不可能存在純TEM模。因?yàn)門EM模在兩種介質(zhì)內(nèi)的相速度不同，一種是相速度c，一種是相速度，所以相速度在介質(zhì)空氣分界面處不可能對(duì)TEM模匹配。但實(shí)際上微帶線中真正的場(chǎng)是一種混合的TETM波場(chǎng)，其縱向場(chǎng)分量與導(dǎo)體帶和接地板之間的橫向場(chǎng)分量相比很小，所以微帶線中傳輸模的特性與TEM模相差很小，稱之

39、為準(zhǔn)TEM模。在工作頻率小于1GHz以下時(shí)，可將其模式看成純TEM模。1、微帶線的特性阻抗在分析微帶線特性時(shí)常采用準(zhǔn)靜態(tài)法，引入有效介電常數(shù)為e的均勻介質(zhì)代替微帶線的混合介質(zhì)，導(dǎo)帶厚度與介質(zhì)厚度比1，因此，假設(shè)t0，微帶線的特性阻抗ZC表示為：式（2-5）其中是空氣中微帶線的特性阻抗，空氣的相對(duì)介電常數(shù)re1。相速度P和波導(dǎo)波長(zhǎng)g則為：式（2-6）式（2-7）由于電力線部分在介質(zhì)基片內(nèi)，部分在空氣中，顯然有1er，e的大小取決于基片厚度h和導(dǎo)體帶寬度w，在引入e后，先求出空氣微帶線的特性阻抗和有效介電常數(shù)e，再計(jì)算出微帶線的特性阻抗ZC。t0的導(dǎo)體帶空氣微帶線的特性阻抗可用保角變換方法求得為：

40、式（2-8）式中K(k)和K(k/)分別是第一類全橢圓積分和第一類余全橢圓積分，由于式中包含復(fù)雜的橢圓函數(shù)，不便使用。哈梅斯泰特用對(duì)精確準(zhǔn)靜態(tài)解作曲線擬和近似得到的如下特性阻抗公式可用于微帶線電路的設(shè)計(jì)：（w/h1）（w/h1）式（2-9）在0.05w/h20，r16范圍內(nèi)，上式的精度優(yōu)于1。上式是在t0的情況下，而實(shí)際上導(dǎo)體帶厚度t0，這時(shí)的導(dǎo)體帶寬度應(yīng)加以修正為we： 式（2-10）由以上公式可知，微帶線的寬高比和相對(duì)介電常數(shù)r知道，即可求得它的特性阻抗ZC。事實(shí)上，往往是已知特性阻抗ZC和r，而要求知。在一些相關(guān)資料里已將微帶線在不同介質(zhì)（r）上的特性阻抗ZC與寬高比的計(jì)算數(shù)據(jù)列成表格，

41、以供在設(shè)計(jì)和分析電路時(shí)方便查閱。2、微帶線的特性和應(yīng)用微帶線既然是一種傳輸線，它就具有同軸線一樣的傳輸線的特性，由式（2-9）可以看出，微帶傳輸線的特性阻抗同樣是與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)，只取決于它的寬高比（）和介質(zhì)材料。假設(shè)微帶線的特性阻抗為ZC，微帶線的負(fù)載阻抗為ZL，那么微帶線上的任一點(diǎn)d的阻抗Zin(d)定義為該點(diǎn)的電壓與電流之比，由傳輸線理論公式可推導(dǎo)出：（對(duì)于無(wú)耗線）式（2-11）式（2-11）中，為相位常數(shù)，可表示為，g為介質(zhì)中有效介電常數(shù)下的波長(zhǎng)。這表明，微帶線上任一點(diǎn)d的阻抗與該點(diǎn)的位置d和負(fù)載阻抗ZL有關(guān)，d點(diǎn)的阻抗可看成由d處向負(fù)載看去的輸入阻抗。由式（2-11）可見(jiàn)微帶線具有以

42、下特性：（1）微帶線阻抗隨位置d而變，分布于沿線各點(diǎn)，且與負(fù)載有關(guān)，是一種分布參數(shù)阻抗，由于在微波頻率下，電壓和電流缺乏明確的物理意義，不能直接測(cè)量，所以微帶線阻抗也不能直接測(cè)量，可以通過(guò)反射參量和駐波參量的測(cè)量來(lái)確定。（2）微帶線具有阻抗變換作用，ZL通過(guò)線段d變換成Zin(d)，或Zin(d)通過(guò)線段d變換為ZL。（3）微帶線的阻抗呈周期性變化，具有/4變換性和/2重復(fù)性。當(dāng)ZL0時(shí)，即負(fù)載阻抗短路，則。當(dāng)時(shí)，Zin(d)0呈感性。當(dāng)時(shí)，Zin(d)0呈容性；而負(fù)載開(kāi)路時(shí)ZL，則反之。當(dāng)時(shí)，則Zin(d)ZL；當(dāng)時(shí)，則Zin(d)ZC2/ZL。由于微帶線的以上這些特性，而被廣泛地應(yīng)用于VH

43、F和UHF的功率放大器的輸入、輸出匹配回路，功率分配器和合成器、濾波器等電路。在應(yīng)用微帶線時(shí)還應(yīng)考慮它的傳輸損耗，尤其在大功率工作的情況下，微帶線的傳輸損耗是由基片的介質(zhì)損耗、導(dǎo)體帶的電阻損耗以及輻射造成的損耗組成。這些損耗中又以介質(zhì)損耗和導(dǎo)體帶的電阻損耗為主，所以在選擇材料和加工時(shí)是非常重要的。五、諧波濾波器和定向耦合器（一）諧波濾波器調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的諧波濾波器大多數(shù)采用低通濾波器形式，它的作用是把高頻功率放大器輸出的射頻信號(hào)中的高次諧波分量抑制到最小程度，并符合有關(guān)對(duì)廣播電視發(fā)射設(shè)備的諧波抑制的要求，然后再將射頻信號(hào)通過(guò)天線向外輻射。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的諧波輻射的強(qiáng)度規(guī)定為：發(fā)射功

44、率大于25W時(shí)，諧波輻射功率小于1mW，并低于載波功率60dB；發(fā)射功率小于或等于25W時(shí)，諧波輻射功率小于25W，并低于載波功率40dB。因調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的二次以上諧波均落入電視廣播的頻段，諧波輻射過(guò)大會(huì)造成對(duì)電視接收的干擾，所以諧波抑制作為一項(xiàng)重點(diǎn)指標(biāo)來(lái)衡量發(fā)射設(shè)備是否合格。構(gòu)成諧波濾波器的形式很多，主要有集總參數(shù)濾波器、分布參數(shù)濾波器和半集總、半分布參數(shù)濾波器。集總參數(shù)濾波器多用在低功率或發(fā)射頻率較低的場(chǎng)合，分布參數(shù)濾波器多應(yīng)用在高頻大功率的發(fā)射設(shè)備上。分布參數(shù)濾波器包括：同軸線濾波器、帶狀線濾波器和微帶線濾波器。螺旋線濾波器是同軸線濾波器的變型，在VHF/UHF頻段廣泛用作帶通和帶阻濾

45、波器。在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的輸出端基本使用的都是前三種形式的諧波濾波器。調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的諧波濾波器大多采用的是切比雪夫或橢圓函數(shù)低通濾波器。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是損耗小、傳輸?shù)纳漕l電流較大，調(diào)整方便易維護(hù)。1.2kW功率放大器的諧波濾波器安裝在一個(gè)帶有頂蓋和底板（印制板）的封閉盒內(nèi)，這個(gè)封閉盒構(gòu)成接地的外導(dǎo)體，電路的內(nèi)導(dǎo)體是一個(gè)完整的鍍銀銅帶。直觀上看，帶狀線可以視為由同軸線演變而成：將同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體變成矩形，令其窄邊延伸至無(wú)限遠(yuǎn)便成了帶狀線。帶狀線的內(nèi)、外導(dǎo)體間為均勻介質(zhì)填充，可傳輸TEM導(dǎo)波，帶狀線的傳輸特性和同軸線、微帶線一樣，具有阻抗變換的作用和阻抗呈周期性變化的特點(diǎn)，在高頻電路中應(yīng)用于分配器

46、、合成器和濾波器等。圖2-16所示為1.2kW功率放大器的諧波濾波器的等效原理圖，是一個(gè)七階橢圓函數(shù)型低通濾波器，串聯(lián)諧振電路的電感為帶狀線，對(duì)應(yīng)的電容為損耗極低的微帶線（圖中標(biāo)*的電容），并在每一個(gè)電容上都并聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償可變電容，目的是使濾波器的通帶特性和帶外衰減為最佳狀態(tài)。調(diào)整C9和C11可以使截止頻率處的衰減最大，調(diào)整C10可使輸入匹配最佳，使帶內(nèi)波動(dòng)減小。橢圓函數(shù)型的低通濾波器其特點(diǎn)比較平坦，使輸入端和輸出端之間的阻抗容易匹配，在截止頻率附近的衰減大，衰減上升快。濾波器設(shè)計(jì)和調(diào)整好后，不需要特別的維護(hù)，便于使用。圖2-16 低通濾波器電原理圖諧波濾波器技術(shù)參數(shù)如下：通頻帶：87108MH

47、z輸入阻抗：50輸出阻抗：50帶內(nèi)衰減：31dB帶外衰減：41dB175MHz50dB430570MHz（二）定向耦合器P。圖2-17 定向耦合器電原理圖圖2-18表示單節(jié)耦合線耦合器的結(jié)構(gòu)及其原理電路。其特性是：由端口輸入的信號(hào)一部分傳至端口，一部分耦合到副線由端口輸出，端口無(wú)輸出。圖2-18 單節(jié)耦合線耦合器及原理電路耦合線耦合器的特性可用奇偶模方法分析得到。只要滿足，Z0e為偶模特性阻抗，Z0o為奇模特性阻抗，則各端口的阻抗是匹配的，即ZinZ0。這時(shí)耦合口端的電壓V3可等效為下式：式（2-12）式（2-12）中，VS為輸入口的電壓，K為電壓耦合系數(shù)，而耦合度C表示為： （dB）定向耦合

48、器的設(shè)計(jì)，通常是由所要求的耦合度C確定電壓耦合系數(shù)，然后利用式（2-13）來(lái)計(jì)算Z0o和Z0e，據(jù)此計(jì)算耦合線的導(dǎo)體帶寬度w和間距s：式（2-12）定向耦合器的耦合度與工作頻率有關(guān)，當(dāng)頻率增大1倍時(shí)，電壓耦合系數(shù)增加1倍，耦合度增加6dB，按6dB/倍頻程的量遞增。由于1.2kW功率放大器的組成包括有：30W功放、300W功放、分配器和合成器及低通濾波器，每一個(gè)部件都須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的調(diào)整和測(cè)試，使電路功能工作正常后，才能與其他部件連接起來(lái)完成其使命。下來(lái)先將介紹各部件的調(diào)試步驟后介紹其維護(hù)，以便大家在實(shí)際工作中作為參考。一、30W功放的調(diào)試在調(diào)試前先應(yīng)將30W功放板仔細(xì)檢查，各部分電路元件有無(wú)漏焊

49、和虛焊、連焊的地方，元器件是否與電路原理圖一致，各元件之間有無(wú)碰極和短路的現(xiàn)象。這部分工作應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真，避免在上電后損壞元器件。注意功放管的安裝螺釘應(yīng)上緊。將輸出端與分配器之間斷開(kāi)，按圖2-19連接調(diào)試電路。連接線均使用50射頻同軸電纜。圖2-19 30W功放調(diào)試電路圖使用儀器： EXC-23激勵(lì)器或PTX-30激勵(lì)器GH2462型通過(guò)式功率計(jì)ZGF5型100W測(cè)試負(fù)載V-1560 100MHz示波器在接通48V電源之前，先用三用表測(cè)量一下電源端對(duì)地的電阻，看是否有電源短路的情況。接通電源電后，測(cè)量BLF177的漏極電壓，應(yīng)在47V左右。在沒(méi)接通48V電源前，BLF177的柵極電壓為9V，管子處

50、于截止?fàn)顟B(tài)，先將RP1預(yù)置在最小值上，接通48V電源后，調(diào)整RP1將BLF177的柵極偏壓在23V之間，通常調(diào)整在2.5V上。這時(shí)管子處于導(dǎo)通狀態(tài)，可以加載射頻信號(hào)。在給30W功放輸入激勵(lì)電壓之前，先將激勵(lì)器的輸出調(diào)整在最小位置，逐步增大激勵(lì)器輸出，觀察通過(guò)式功率計(jì)的入射功率指示，在入射功率指示在10W左右時(shí)，調(diào)整輸入匹配電容C3，使輸出功率最大。增大激勵(lì)輸出，使30W功放的輸出功率指示為30W，在這種情況下工作幾分鐘，觀察功放板上的元器件有無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象，有時(shí)可聞到異味。如果發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電和斷激勵(lì)。30W功放的功放管如有過(guò)熱現(xiàn)象，就是當(dāng)功放停止工作后一段時(shí)間內(nèi)，功放管表面仍較熱，這說(shuō)明

51、輸出匹配回路不匹配，檢查輸出電路中的塊電容是否有損壞或容值不符的現(xiàn)象。30W功放在正常工作時(shí)，輸出功率為30W的情況下，其激勵(lì)輸入功率為1.52W，如果需要的激勵(lì)功率較大，應(yīng)檢查輸入端的4dB/50衰減器有無(wú)損壞，輸入匹配電路的電容是否異常，V1的柵極偏壓設(shè)置太小等造成。當(dāng)功放管損壞更換新管子后，要重新調(diào)整柵極偏置電壓和輸入匹配電路。在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)注意下列事項(xiàng)：（1）30W功放在帶載正常工作的情況下，不能用三用表去測(cè)功放管的柵極或漏極的電壓，即使去測(cè)量，其結(jié)果也是不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。（2）觀察30W功放的輸出波形時(shí)，示波器的探頭不能直接接在輸出回路上，一是防止輸出匹配失諧，二是防止過(guò)高的射頻電壓損壞

52、示波器。應(yīng)采用高頻耦合的方式在輸出端口取樣信號(hào)來(lái)觀測(cè)波形。（3）30W功放在正常工作時(shí)，應(yīng)避免用手去觸摸功放管周圍的元器件，防止人體所帶靜電損壞功放管和高頻灼傷。（4）輸出端的負(fù)載連接應(yīng)牢固可靠，當(dāng)負(fù)載開(kāi)路或短路時(shí)，功放會(huì)由于過(guò)載而損壞，尤其是在短路的情況下?lián)p壞程度更大。在30W功放調(diào)試完畢后，將功放板的輸入和輸出端口恢復(fù)原狀，這時(shí)30W功放就可接入1.2kW功放電路中正常工作。二、300W功放的調(diào)試300W功放模塊在調(diào)試時(shí)，其過(guò)程與30W功放的調(diào)試基本相同，可分為以下步驟：1、上電之前認(rèn)真仔細(xì)檢查印制板電路，各焊點(diǎn)是否牢靠，排除連焊和虛焊的可能，檢查各元器件值是否與原理圖對(duì)應(yīng)，由于300W功

53、放的輸出功率較大，尤其是輸出回路中的各電容值是否正確，各個(gè)塊電容的焊接應(yīng)牢固可靠。2、測(cè)量48V電源端口對(duì)地的電阻，判斷有無(wú)短路現(xiàn)象后再接上48V電源線。檢查BLF278的固定螺釘是否擰緊，清楚BLF278周圍的錫渣和金屬屑。斷開(kāi)輸入端和輸出端的連接片，按圖2-20連接調(diào)試電路，圖中所用的連接線采用50射頻同軸電纜。在300W功放輸出端到負(fù)載之間最好采用SFF-50-3的電纜。3、將RP1電位器防止在最小位置，合上控制部分的電源，測(cè)量5V電源電壓是否正常，如正常則調(diào)整RP1電位器，使BLF278的柵極偏置電壓為2V左右，這時(shí)的BLF278處于導(dǎo)通的狀態(tài)。圖2-20 300W功放調(diào)試電路圖使用儀

54、器：EXC-23激勵(lì)器或PTX-30激勵(lì)器GH2462型通過(guò)式功率計(jì)DGF1型-500W測(cè)試負(fù)載V-1560 100MHz示波器4、接通48V功放電源，測(cè)量BLF278的漏極電壓應(yīng)為48V。5、逐漸調(diào)整激勵(lì)器的輸出功率，觀察通過(guò)式功率計(jì)的入射功率指示，當(dāng)輸出功率有指示時(shí)，放慢激勵(lì)器輸出的調(diào)整速度，在300W功放模塊輸出100W左右時(shí)，調(diào)整輸入的匹配器電容C1，使輸出功率最大。增大激勵(lì)功率，調(diào)整C1直到功率計(jì)指示300W，觀察功放盒上的電流指示，功放電流應(yīng)在8A左右。更換頻率分別在87MHz、98Mhz和108MHz時(shí)，調(diào)整C1以及C5、C6的焊接位置，使輸入匹配最佳，并且從激勵(lì)器的功率表頭上觀

55、察反射功率最小，將C1可變電容放置在合適位置上。6、將300W功放模塊在滿功率的情況下，工作510分鐘觀察有無(wú)過(guò)熱異?，F(xiàn)象，尤其是BLF278管子是否較熱比較關(guān)鍵，如果出現(xiàn)這種現(xiàn)象，應(yīng)仔細(xì)檢查輸出匹配回路。反饋電阻R5R8上有溫度屬正?，F(xiàn)象。7、在調(diào)試功放中，如出現(xiàn)推動(dòng)激勵(lì)器較大（正常為45W的輸入），或功放電流較大時(shí)（超過(guò)9A以上時(shí)），在電源電壓正常的情況下，檢查功放模塊的輸入和輸出匹配電路。8、由于300W功放模塊為推挽功率放大器，在調(diào)試中出現(xiàn)輸出功率達(dá)不到額定功率要求，一般情況為不到150W的輸出，可判斷BLF278的對(duì)管中可能有一只損壞，測(cè)試方法我們?cè)谏瞎?jié)中已有介紹。至此300W功放模

56、塊的調(diào)試已經(jīng)完成，按以上步驟調(diào)試其余的3塊300W功放模塊，在調(diào)試中應(yīng)注意下列事項(xiàng)：（1）300W功放模塊在帶載工作的情況下，不能用三用表測(cè)量功放管的電壓，由于高頻強(qiáng)輻射的原因，所測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。（2）不能用示波器的探頭去直接觀測(cè)300W功放模塊的輸出波形，而應(yīng)采用耦合的方式去觀測(cè)。（3）300W功放模塊在帶載工作的情況下，不能用手去觸摸功放板上的元器件，尤其是功放管周圍的元器件，防止靜電損壞和高頻灼傷。（4）輸出端的負(fù)載連接應(yīng)牢固可靠，防止負(fù)載開(kāi)路和短路所造成的過(guò)載損壞器件，尤其在短路的情況下?lián)p壞更大。（5）300W功放模塊在調(diào)試完成后，應(yīng)及時(shí)將輸入端和輸出端恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，即與分配器和合成器分別連接。300W功放在設(shè)計(jì)時(shí)，采取了多種防止振蕩的措施，在調(diào)試過(guò)程中基本沒(méi)有振蕩產(chǎn)生，工作穩(wěn)定可靠，而且寬帶特性很好。300W功放模塊的技術(shù)參數(shù)：輸入功率：45W電源電壓：48V輸出功率：300W三、低通濾波器