数字电视发射及中功率放大器的设计

电视反射系统中的放大电路工作在４７０ＭＨｚ～８６０ＭＨｚ，需要在宽频带范围内实现阻抗匹配。宽带放大器匹配电路设计的基本思想是：在放大器的输入输出及级间都采用电抗匹配网络进行多级阻抗变换。该网络只起匹配作用，不额外损耗功率，可以保证最大的传输系数，对器件特性起均衡作用，并可以满足系统所需要的带宽要求。 使用器件的ＩＶ曲线或者通过输出功率、工作电压等参数可以确定负载ＲＬ。为使输出功率最大，用ＲＬ表示器件的内部漏极负载，以此作为输出匹配电路的目标。如果一个网络对一个复阻抗有最佳匹配，则网络的输出阻抗等于负载阻抗的复数共轭值。现在的负载阻抗是纯实数ＲＬ，所以最佳输出匹配电路反映到器件漏极负载的阻抗是ＲＬ的复数共轭值，即： ＲL＝（ＶDD－ＶDS（SAT））2／２Ｐ

　　其中ＶDD是工作电压，ＶDS（SAT）是拐点电压，Ｐ是输出功率。

　　根据上式可以算出，ＭＲＦ３７３的ＲＬ大约为６Ω。

　　本文中的放大电路采用分离元件和分布参数元件混合使用的方法。由于电感比电容有更高的热损耗，所以在此类电路中通常避免使用电感，而使用高阻抗的传输线代替。混合类型的匹配网络通常包括几段串连的传输线以及间隔配置的并联电容。该放大器的输入匹配部分采用了四节连阻抗变换，输出匹配采用五节连阻抗变换的混合电路形式。输入、输出匹配网络拓扑图如图２、图３所示。

　　输入输出匹配网络拓补图

　　S参数表

　　２ 电路优化与仿真结果

　　由于数字电视发射系统要求放大电路必须工作在线性放大状态，可以用小信号Ｓ参数法分析。借助器件厂商提供的小信号Ｓ参数文件，可以用ＡＤＳ对整个电路进行小信号Ｓ参数仿真，得到小信号增益、端口匹配、隔离及稳定因子Ｋ。表２为ＭＲＦ３７３在（Ｖｃｅ＝２６Ｖ、Ｉｃ＝５００ｍＡ）下的Ｓ参数。

　　用ＡＤＳ进行电路仿真并不能达到设计要求，需在此基础上进行电路优化。当只有小信号Ｓ参数作为模型来设计功率放大器时，电路优化的步骤一般为：首先尽可能以ＲＬ（相对最大输出功率的负载电阻）匹配为目标，优化和确定输出匹配电路元件值；然后再优化输入匹配电路的元件值，改善增益和输入匹配电路。需要注意的是：在优化前，必须得到尽可能完整的输出电路模型，然后在工作频率下对其优化，达到与ＲＬ的最佳匹配。图４为放大电路的仿真结果，图５为电路最终优化结果。

　　放大电路仿真结果及电路最终优化结果

　　３ 测试结果

　　经过大量实验和反复调试，实测结果如图６所示。该驱动级放大器工作于线性状态。由图６增益曲线图可知，整个频带内增益平坦，为１２ｄＢ左右，与仿真结果大致一样。回波损耗小于１５ｄＢ，带内驻波比小于１．３。输入功率２瓦时，用功率计测得输出功率２５Ｗ，信号幅度稳定，其交调抑制小于－３５ｄＢ。各项指标满足系统要求，与国外同类数字电视发射机中放大器的指标接近，成本大大降低，为今后数字电视发射机的国产化研制奠定了基础。

　　带内增益实测曲线