射频宽带放大器

射频宽带放大器（D题）

摘要

射频宽带放大器是目前功率放大器的主要发展趋势，实现方案多种多样，如采用E-PHEMT晶体管（ATF-55143）器件模型和其他元件模型设计，LQ801宽带功率晶体管，由于实验室条件有限以及要结合课堂学以致用，考虑到射频宽带放大器的频带较宽的情况下，端口阻抗变化比较大，使得宽带放大器的匹配电路以功率匹配为主，本设计采用了集成块UPC1651,3DA87A高频大功率管，频率漂移小的三极管C9018 和由L和C构成的T型基本网络组成输入匹配网络，在输入匹配网络方案的比较中，因为传输线变压器要自行绕制磁环，以及磁环的磁通在功率较大时会出现饱和，以致大信号时等效L下降，功率送不过去以及T型网络较熟知，所以我们选择了型基本网络构成的输入匹配网络，整个电路分为三个模块，前级阻抗匹配和功率放大电路、中间级带宽变换部分、后级高频放大部分组成，在设计中合理设计了测试点。本设计涉及到Multisim 12.0,DXP软件的应用，用Multisim 12.0,对各个模块电路进行了仿真，仿真表明设计方案符合要求，用DXP软件进行了PCB板的生成，利用PCB雕刻技术完成了PCB板的制作，最后进行了安装调试。

关键词UPC1651 3DA87A C9018

1 方案比较与选择

1.1输入匹配网络方案比较

输入匹配网络的比较可有多种方案完成，例如

方案一：T型基本网络构成的输入匹配网络

由电感和电感搭接，最容易实现，在理论分析中也容易计算，可以找到设计电路所需电感电器件，具有可行性。

方案二：传输线变压器

传输线变压器在设计中有两点必须注意，一是源阻抗，负载阻抗和传输线阻抗的匹配关系，二是输入端和输出端在规定的连接和接地方式下应用，因此，在设计中采用1:4传输线变压器且用高u低耗的高频磁环，高频磁环必须自行绕制，磁环的磁在功率较大时会出现饱和，以致大信号时等效L下降，功率送不过去

综上所述，系统将采用方案一，采用这种方案可以利用实验室的有限条件，达到设计目的。

1.2 频带内增益起伏控制方案比较

频带内增益起伏控制的比较可有多种方案完成，例如

方案一：补偿匹配

频率补偿网络会使放大电路的输入或者输出的驻波系数VSWR增加不利于前级和后级电路的设计。

方案二：负反馈

负反馈使放大器的功率增益大幅度降低，但对放大器的众多性能都有改进但反馈越深，改进的性能越好。

综上所述，系统将采用方案二采用这种方案可以更快更简易的实现设计。

1.3 射频宽带放大的核心部件选择

方案一、E-PHEMT晶体管

方案二、LQ801宽带功率晶体管

方案三、UPC1651

综上所述，系统将采用方案三，因为实验室只有 UPC1651

2 理论分析与计算

2.1 频带内增益起伏控制

放大器的增益是指放大器输出的功率与输入端口功率之比。增益平坦度描述了在 放大器允许温度范围内的某一温度下对放大器增益进行扫频测试，反应出的固定输 入功率下增益的变化值，定义为：

2

min max G G G -±=∆ 其中，max G 、min G 分别为增益—频率

扫描曲线的幅度最大值和最小值 为了实现频带内平坦的功率增益一般采用有补偿匹配、负反馈和平衡放大3种技术。频率补偿网络会使放大电路的输入或者输出的驻波系数VSWR 增加不利于前级和后级电路的设计，而负反馈使放大器的功率增益大幅度降低。

2.2 增益调整 2.2.1 分板块调整

前级增益调整电路

中间级用到了UPC165集成功率放大器，只要在此芯片不损坏且焊接无误就可实现放大 后级增益调整与前级相同

3 电路设计

3.1 系统总体基本原理方框图

整个系统可由三部分组成，前级阻抗匹配和功率放大电路、中间级带宽变换部分、后级高频放大部分

3.2 原理图

3.3 由DXP生成的PCB图

4 设计技巧

L4与R6并联是为了减小Q值，增大带宽为解决电容缺货采用多电容并联

设置了合适的测试点

某些电感自行绕制

在输出口并联电感，调整输出阻抗

5 测量方法及测量结果

5.1 测试方案及测试条件

5.1.1 输入输出阻抗测量

在输入端和信号源之间串入一已知电阻Rs ，在放大器正常工作的 情况下,用交流毫 伏表测出Us 和 Ui ，则满足Rs Ui Us Ui i R )(-=

在放大器正常工作的条件下，测出输出端不接负载的输出电压和接入负载后 的输 出电压 ，输出阻抗满足 Rl Ul

Uo

Ro )1(

-= ，在测量中应注意，必须保持RL 前后 接入信号的大小不变

5.1.2 增益采用分级测量法

通正5V 直流电压，测第一级9018工作状态，测得Ube 约为0.7V,正常工作，在TP2 处输入高频信号，在TP4处可粗测得高频信号β≈5 ，不接入UPC1651，通正12V 直 流电压测后级增益， 5.1.3 测频带宽度

利用幅频特性曲线，在1MHZ-60MHZ 内取合适的测试点，用描点法描出幅频特性曲 线，测量电路如下框图所示

5.2 测试条件

5.2..1测试仪器仪表：

1、BT-3DIII 频率特性测试仪

2、TC2270A 高频数显毫伏表

3、SG1052S 高频信号发生器

4、UTD2025C 数字示波器

5、KH-DD型交流数字毫伏表（10HZ-2MHZ）

6、VC9808A 数字万用表

7、YB1601 低频信号发生器

8、YB4340C 双踪示波器

9、扫频仪

5.3 测试结果

f/MHZ 1 4 7 10 15 20 25

ui/mV 83 100.46 120.85 158.12 170.46 200 250

uo/V 3.2 4.0 4.8 6.03 6.80 8.43 10.48

Au=uo/ui 40 40 40 40 40 40 40