射频功率放大器的宽带匹配规划
在许多长途通讯、雷达或测验体系中，要求发射机功放作业在非常宽的频率规模。例如，作业于多个倍频程甚至于几十个倍频程。这就需求对射频功放进行宽带匹配规划，宽带功放具有一些明显的长处，它不需求调谐谐振电路，可完结快速频率捷变或发射宽的多模信号频谱。宽带匹配是宽带阻抗匹配的简称，是宽带射频功放以及最大功率传输体系的首要电路，宽带匹配的效果是，使射频功率放大管的输入、输出到达最佳的阻抗匹配，完结宽带内的最大功率放大传输。因而，宽带阻抗匹配网络的规划是宽带射频功放规划的首要任务。同轴电缆阻抗改换器简称同轴改换器，能完结有用的宽带匹配，可认为射频功率放大管供给宽频带作业的条件。同轴改换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽功能好的特性，可广泛运用于HF/VHF/UHF波段。
1 方案规划
同轴改换器及其组合是一种具有高阻抗改换比的宽带阻抗匹配网络，它能将射频功率放大管的较低的输入阻抗或输出阻抗有用匹配到体系的规范阻抗50 Ω。同轴改换器规划方案多选用1：1变比办法、1：4变比办法及其组合办法。
1.1 同轴改换器原理
同轴改换器是由套上铁氧体磁芯的一段同轴电缆或同轴电缆绕在铁氧体磁芯上构成，一般称为“巴伦”。“巴伦”的结构如图1(a)所示，其等效电路如图1(b)所示。
同轴改换器处于会集参数与散布参数之问。因而，在低频端，它的等效电路可用传统的低频变压器特性描绘，而在较高频率时，它是特性阻 抗为Zo的传输线。同轴改换器的长处在于寄生的匝间电容决议了它的特性阻抗，而在传统的离散的绕匝变压器中，寄生电容对频率功能的奉献是负面效果。
当Rs=RL= Zo时，“巴伦”能够认为是1：1的阻抗改换器。同轴改换器在规划运用上有两点有必要留意：源阻抗、负载阻抗和传输线阻抗的匹配联系;输入端和输出端应在规则的衔接及接地办法下运用。在大多数状况下，电缆长度不能超过最小波长的八分之一。为了确保低频呼应杰出，还有必要有必定绕组长度，能够依据下列经历公式来估算在频率高端和频率低端时所需绕组的长度。
在高频端：
lmax≤ 18 O00n/fh(cm)。 (1)
式中，fh为最高作业频率(MHz);n为常数，一般取为0.08左右。
在低频端：
lmin≥ 50Rl / [ (1 + u/uo ) × fl ]。 (2)式中，fl为最低作业频率(MHz);u/uo为磁芯在时的相对磁导率。
磁芯的影响能够用等效电感来反响，等效电感决议了频段低段反射量的巨细，核算为：
L=uo ur n2 (S/J) (3)式中，L为电感值(H);ur为相对磁导率;uo=4πx 10-7;S为磁环的面积;J为均匀电长度;n为线圈圈数。
为防止频段高段方针恶化，电感值不能大于实践需求值，其经历公式为：
L = 4( R/Wmin) (4)
式中，R 为中心频带的输入阻抗;Wmin为最小角频率。
1.2 1：4同轴改换器规划
1：4同轴改换器由长度持平的2根同轴电缆组成，其结构如图2(a)所示。1：4同轴改换器水平旋转180°即可作为4：1同轴改换器。
抱负的1：4同轴改换器的输入、输出阻抗都匹配，每根同轴电缆的输入、输出阻抗等于其特征阻抗Zo，其等效电路模型如2(b)所示。
其源阻抗Zg与负载阻抗ZL的改换比为：Zg / ZL = Zin / Zout = (Zo /2) / (Zo + Zo) (5)
图2和式(5)标明，1：4同轴改换器的阻抗改换比等于输入阻抗与输出阻抗之比。同轴改换器的输入阻抗等于同轴电缆特征阻抗的并联，输出阻抗等于同轴电缆特征阻抗的串联 。
1.3 会集参数元件匹配规划
因为阻抗改换器传输电缆的特征阻抗是实数，而射频功率放大管的输入阻抗与输出阻抗一般都是复数阻抗。因而，需求将射频放大管的输入阻抗与输出阻抗实数化，完结对源阻抗或负载阻抗的共轭匹配，然后完结功率的最大传输 。复数阻抗能够用电阻与电抗串联表明，也能够用电阻与电抗并联表明。用会集参数元件完结阻抗匹配的办法是，电阻并联电抗减小其实部，再串联电抗抵消其虚部，到达2个纯电阻的匹配;当匹配的不是纯电阻时，能够选用会集参数的电容或电感来抵消和吸纳复数阻抗虚部的办法来完结复数阻抗的实数化 。
2 需处理的要害技术问题
2.1 低频增益限制
射频功率放大管的增益随频率的增高而下降，一般状况下，每添加一个倍频程，增益下降约3 dB。在窄带电路中，增益随频率的增高而下降的状况能够忽略不计，但在多倍频程电路中，有必要考虑对低频增益的限制。处理的办法是运用电阻负反馈网络，电阻负反馈网络用于限制滑润放大器在低频上高增益特性，电阻值越小限制滑润效果越大。以高频段增益为基准增益，运用100～200 n 电阻，将低频段的增益降低到大于基准增益2～3 dB。2.2 同轴电缆特性阻抗挑选
同轴“巴伦”完结平衡至不平衡的转化，一般选用50 n特性阻抗。1：4同轴改换器电缆需求考虑源或负载电阻的巨细，核算公式如下：
Zo = (4R)2 / 25(Ω)。 (3)
式中，Zo为电缆特性阻抗;R为源或负载电阻。
2.3 磁芯的散热及功率校验
输出匹配网络中，同轴改换器在传输高功率时，因为电路损耗，磁芯会累积较多的热量，从而会引起磁芯温度的急剧升高，严峻时会导致磁芯的磁导率下降，影响同轴改换器的低频呼应。处理的办法是给磁芯采纳杰出的散热办法，用导热胶将磁芯直接固定在金属散热底板上。
磁芯资料的挑选十分重要，要得到高的电感值有必要选用高磁导率的磁芯;为了挑选用于同轴改换器的适宜的铁氧体磁芯，需求知道磁芯的饱满磁通量和它的非线性特性。当传送功率较大时，有必要查验磁环的功率容量。这是因为磁环的磁通量，在功率较大时会呈现磁饱满，致使大信号时等效电感值下降，功率送不过去。同轴改换器磁饱满的一般规则是频率越低越严峻，所以其功率校验要在低频率上进行。
3 规划实例
依据工程需求，运用同轴改换器宽带匹配技术规划一种多倍频程高功率放大电路，掩盖民用和军用频带，频率规模为20～500 MHz。功率管选用双管芯结构的平衡型n沟道增强型射频放大管BLF574。规划用于输出功率达350 W，功率增益大于16 dB，频率规模高HF至UHF的宽带功率放大器。在225 MHz频率左右器材的输入和输出阻抗都呈理性，输入阻抗Zs =(3.2+j2.5)Ω，输出阻抗ZL = (7.5+j4.0)Ω。
3.1 输入匹配网络
BLF574有一个相当大的输入电容，为了供给器材输入端在多倍频上的宽带匹配，有必要考虑输人电容在频率高端的影响，且折中考虑中心频率及较低频率上低值输入阻抗的影响。输入匹配网络规划成2级级联的4：1同轴改换器，完结16：1阻抗改换，将5O Ω规范阻抗匹配接近于3 Ω，这个值还要经过简略的串联微带线和并联电容转化成器材的输入电阻。第1级4：1同轴改换器电缆挑选UT – 047 -25，特性阻抗Zo=25 Ω，电缆长度45 mm。补偿低频呼应的磁芯挑选2861002402，初始磁导率ui = 125。第二级4：1同轴改换器电缆挑选UT – 043 -l0，特性阻抗Zo =10 Ω，电缆长度45 mm，补偿低频呼应的磁芯相同挑选2861002402。输入匹配网络如图3所示。
3.2 输出匹配网络
输出匹配网络规划成1：4同轴改换器级联同轴“巴伦”的办法。1：4同轴改换器电缆挑选UT – l4l- l5，特性阻抗Zo =15 Ω，电缆长度68 mm。补偿低频呼应的磁芯挑选2661540202，初始磁导率ui=125。同轴“巴伦”完结平衡至不平衡输出的转化，同轴“巴伦”电缆选型UT – 141，特性阻抗Zo =50Ω，电缆长度68 mm。匹配电阻为：R =(25×15)1/2 / 4=4.8 Ω，这个值需求经过简略的串联微带线和并联电容转化成器材的输出电阻。输出匹配网络如图4所示。
3.3 软件仿真及测验验证
3.3.1 软件仿真
将功率放大管的输入阻抗和输出阻抗各自假设为随频率改变的可变阻抗，依照宽带网络阻抗近似匹配法进行阻抗匹配，运用软件东西Ansoft-Serenade 8.7，别离树立以同轴阻抗改换器为模型的输入和输出宽带匹配网络，匹配端口均为规范50 Ω特征阻抗，匹配方针为输入或输出端口电压驻波比VSWR ≤2：1。使用频率参数扫描曲线，经调整优化各同轴电缆长度及特性阻抗、串联微带线的长度和并联%&&&&&%的值得出宽带内抱负的驻波一频率特性曲线。
3.3.2 测验验证
对依据以上规划完结的实践电路进行测验，在20～500 MHz频带内，输入回波损耗≤1.95：1，输入功率10 W 时，放大器的最小输出功率>350 W。测验结果标明，放大器的功能状况杰出，所规划的同轴改换器匹配网络满意宽带匹配及功率要求。
4 结束语
同轴电缆阻抗改换器及其组合能够完结高的阻抗改换比，并且具有接受功率容量大、传输频带宽和屏蔽功能好的特色，结合少数会集参数元件组成匹配网络，完结了多倍频程功放的宽带匹配，有望处理一套发信机装备多台窄带功放的问题。该宽带匹配办法能够广泛运用于HF/VHF/UHF波段，具有杰出的工程运用价值。
