高频功率合成技术.docx

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1、高频功率合成技术一.合成技术在高频功放中，当需要的输出功率超过单个器件所能输出的功率时，可以将几个器件的输出叠加起来，以获得足够的输出功率，这就是功率合成技水。功率合成技术是全固态中波发射机的核心技术之一。对于被合成的功率器件,不但要求它们工作于同频率，还要求它们的相位相同。所以各合成器件最好共用同一个激励源，也就是说，功率合成的关键部件是功率分配与合成网络。功率合成条件对于功率合成电路，我们并不陌生。在电子管中波发射机中，为了加大输出功率，经常采用的平衡推挽和单端并联电路就是一种简单的功率合成电路，但这两种电路都有共同的致命的弱点,就是当一个放大器件失效后,会使其他放大器件的工作状态发生急剧

2、变化，甚至导致这些器件损坏。因此，并联与推挽电路不是完美的功率合成电路。理想的功率合成电路，应该具备下面3个条件。1 .功率相加条件当N个同类型放大单元，它们的输出振幅相等，每个放大单元供给匹配负载的功率都相同且为P,则负载上获得的总功率应NP,它是合成器的必要条件。2 .相互无关条件相互无关条件对于功率合成器非常重要，它要求合成器的各个单元电路彼此隔离,互不影响，也就是说，任何个单元发生故障时,应不影响其他单元的工作。它是功率合成器的充分条件。3 .功率减少条件除了上述两个条件外，还希望，当M个单元电路损坏时，负载上的功率最好只下降MP,实在做不到，也应力求减少下降量。我们称它为功率合成的次

3、要条件。多个PA功率合成的方式不尽相同，有的采用最后一级多个PA一次合成方式，有的采用分级分组方式。从合成的是电压还是电流，可分为电压合成和电流合成。中波固态机经常采用的方法有高频变压器电压合成和网络电流合成方式。二、一次功率合成网络一次功率合成网络多用于DAM发射机中。它由射频推进器射频分配网络、6个二进制系数小台阶功放模块，42个大台阶功放模块，功率合成网络及输出网络组成。射频推进器由3个与未级相同的功放模块组成。Tl也是个次功率合成网络。其合成输出电压分成48组共96路幅度相等相位相同的信号，分别供给桥式功放模块的两路激励输入，该电压的幅度为23Vp-p,通过预制模块的工作数目及调整模块

4、的工作电压，可达到改变激励信号的目的，为了保证每路信号的相位一致，96路从射频分配板到合成母板的传输线均一样长，48个功放模块受控于调制编码的12bit数字音频信号而工作，其输出功率经T2一次合成，在负载R上可得到预设的载波功率和调制功率。三.功率合成电路的激励功率合成电路各功放单元有同一个激励源，该激励源有激励器和前级功放组成。激励器的任务是产生射频信号源，即发射机所需的工作载频。它与电子管发射机的激励器作用相同，只是其输出信号通常是方波。前级功放通常采用工作于丁类的半桥或全桥电路，其工作原理与末级功率合成单元的桥式功放基本相同。由于前级功放的负载是末级各功放管的栅源输入阻抗，因大功率MOS

5、FET的栅源间输入电容都达数千PF以上,因而前放的负载电容很大，有的机器采取予调谐后再加到前级功放的负载回路，有的机器直接引人负载回路后统一调谐。调谐回路和激励分配之间用变压器耦合，次级是由金属支柱构成的单匝线圈，分配电缆环绕其外引出。为保证各功放单元激励电压相位相同，各电缆应严格等长。为了防止各功放单元导通截止时刻不同，造成负载大小瞬间变化，激励信号不用方波而用正弦波，这是因为固态机的未级是由一系列桥式功放组成的，要求前级功放必须是一个能提供M个激励信号的高频功率分配器。为了达到同相激励，各功率分配器输出线路结构应对称，激励电缆的长度相同，尽管如此，各管子激励信号微小的相位差总还是会有的，如

6、果激励信号是矩形波，则管子导通与截止就有先后，个别的管子承担着整个负载，很容易被损坏，为了回避这个问题，我们把前级功放输出的矩形波，通过调谐回路转换成正弦波激励信号，用正弦波去激励各单元功放，这样功放单元导通与截至的转换就有一个短暂的放大状态作为过渡，通过这一短暂的聚齐，一同转换状态，达到功放单元同时导通与截至的目的。四、输出网络固态中波发射机的输出网络由带通滤波器知阻抗微调网络组成。1带通滤波器滤波器的阶数越高，元件数越多，通带更趋于平坦，阻滞衰减更陡，但调试难度越大。固态机通常选用二阶带通，实际调整时，是调Ll使之和Cl及合成变压器的漏感及引线分布电抗发生串联谐振，使功放单元的负载为纯电阻

7、。电路的阻抗变换关系为:Rb=(L3(L2+Ll)Rc,其中Rc是天馈线经阻抗微调后的等效阻抗，其值应为50,Rb是各个功放单元的共同负载阻抗。2阻抗微调网络由于固态机的功放单元都用场效应管做放大器,当天线遭到雷击,塔基放电球打火时，天线阻抗被短路。此时，在功放电路里会产生过大的瞬态电压、电流，因此容易把功放单元烧坏，所以，固态发射机的阻抗匹配网络，不仅要匹配阻抗，把馈线阻抗进一步调配到合成器的输出阻抗。面且还要有抗雷击作用。通过计算机仿真试验，设计网络时如恰当选择元件值，控制负载短路时等效SJ功放侧的等效负载阻抗的电抗性质和阻抗值，就可以对功放模块进行有效的保护。具体的做法是在输出网络中把阻抗匹配网络设计成相移-45。网络，当负载短路时功放侧的等效负载阻抗成感性。为了有效防止雷击对功放模块的损坏，还必须保证在塔基短路时，发射机输出口处也是短路状态。这样还要在天调网络中附加相移网络，使这两点的相位差为180。的整数值，从而达到防雷效果。