高频功率放大器简介

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 绪论

 

    目前我国在高频功率放大器领域研究多年，取得很大成就，总结了很多经验。高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率要求，然后经天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管，LC为滤波匹配网络它们与RL构成并联谐振回路和其他原件组成。用于通讯，广播，雷达，电视，自动控制等各项装置中。

    高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出，对于工作在高频的无线系统，通过使用定向天线可以获得很高的增益，并且阻止来自其他方向的多径信号。

    高频功率放大器可以按照电流导通角的不同将其分为甲，乙，丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于丙类放大器电流的流通角则小于乙类和丙类都适用于大功率工作状态,丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波，失真很小。除了以上几种按电流流通角度来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大器和戊类放大器。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高。如果在电路上加入改进，使电子器件在通断装换瞬间耗能减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。

    高频功率放大器的工作频率高（由几百KHz一直到几百，几千甚至几万MHz），相对频带很窄。中心频带越高，则相对频宽就越小。

高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。

 

1 高频功率放大器简介

当今的无线通讯领域，随着信息产业的迅猛发展，高频无线功率放大器已经成为无线通信中的重要的组成部分，而越来越被人们所重视。它的性能优劣对整个系统来说影响重大。在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射没备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，因此在它后面要经过一系列的放大，如缓冲级、中间放大级、末级功率放大级等，获得足够的高频功率后，才能输送到天线上辐射出去。这里提到的放大级都属于高频功率放大器的范畴。实际上高频功率放大器不仅仅应用于各种类型的发射机中，而且高频加热装置、高频换流器、微波炉等许多电子设备中都得到了广泛的应用。

高频功率放大器特点是输出功率大和效率高。工作频率高（由几百Hz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605 kHz的频段范围）的频带宽度为10 kHz，如中心频率取为1000 kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。

1.1高频功率放大器的分类

高频功率放大器按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。高频功率放大器是发送设备的重要组成部分之一，在高频范围内，为了获得足够大的高频输出功率，就要采用高频功率放大器。由于高频功率放大器的工作频率高，相对频带窄，所以一般采用选频网络作为负载回路。谐振功率放大器的主要优点是效率高，但是需要改变其工作频率是必须改变其滤波匹配的谐振频率，这往往十分困难。在多频道通信系统中和相对宽的高频率设备中，谐振功率放大器就不适用了。宽带高频功率放大器无需调节工作频率的宽度，由于无选频滤波的性能。宽带功率放大器只能工作在线性失真小的甲类状态。其效率低，输出功率小，因而采用功率合成技术。实现多个功率放大器的联合工作。

高频功率放大器可以按照电流导通角的不同将其分为甲，乙，丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于丙类放大器电流的流通角则小于乙类和丙类都适用于大功率工作状态丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。除了以上几种按电流流通角度来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大器和戊类放大器。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高。如果在电路上加入改进，使电子器件在通断装换瞬间耗能减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。

表1-1 不同工作状态时放大器的特点

工作状态 半导通角 理想效率 负  载 应  用

甲类 c=180 50% 电阻 低频

乙类 c=90 78.5% 推挽，回路 低频，高频

甲乙类 90＜c＜180 50%＜＜78.5% 推挽 低频

丙类 c＜90 ＞78.5% 选频回路 高频

丁类 开关状态 90%~100% 选频回路 高频

 

 

1.2高频功率放大器的主要技术指标

高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如，对于发射机的输出级，其特点是希望输出功率最高，对应的效率不一定会最高；对于单边带发射机，则要求功率放大器非线性失真尽可能小，也就是谐波抑制度是设计的主要问题。显然，在这类功率放大器中，效率是不很高的。