当前课程知识点：高频电子线路 > 第4章 高频功率放大器 > 4.5 功率合成 > 4.5功率合成
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在高频功放中
当需要的输出功率超过
单个电子器件所能输出的功率时
可以将几个电子器件的
输出功率在一个负载上叠加起来
以获得足够大的输出功率
这就是本将将要介绍的
功率合成技术
我们首先以一个框图为例
介绍如何实现功率合成
图中的三角形代表
一级功率放大器
在此假设各放大器的功率
增益均为4倍
菱形表示一分二的
功率分配网络或者二合一的
功率合成网络
并且假设插入损耗为零
当输入功率为1W时
由框图可知 这一系统能将1W的
高频信号放大成64W的输出
显然
功率合成器是由功率放大器
功率分配网络
和功率合成网络组成
实际上
功率分配网络和功率合成网络
是相同的
只是信号源与负载的
位置不同而已
通常将这两种网络称为混合网络
它应满足功率相加和
相互无关两个基本条件
功率相加就是放大单元
电路输出功率的叠加
相互无关是指任何一个
放大单元电路损坏或出现故障时
不影响其他放大单元电路的工作状态
而且要求负载上功率的下降尽可能要小
要满足这两个条件
关键在于选择合适的混合网络
功率合成器所用的混合网络
主要是传输线变压器
下面我们介绍混合网络的原理
由4:1传输线变压器构成的
混合网络有A B C D四个端口
以实现功率合成和分配功能
根据混合网络功能的不同
其中的电阻RA RB RC以及RD
可能是激励源的内阻
也可能是得到功率的负载电阻
或平衡电阻
为了满足功率合成或分配
网络所需要的条件
通常情况下取各电阻要满足如下关系
若将两功率源分别由A B端反相输入
RA RB分别为激励源的内阻
并假设两个功率源输出的
电流分别为和
电压为和
传输线变压器的电流为
流过RD的电流为
电压为
流过RC的电流为
由于电路的对称性
由基尔霍夫电流定律
可得
则
所以 RC上的功率Pc=0
可见
C端为平衡端
RC为平衡电阻不消耗功率
由
可得RD上的功率
可见 D端为合成端
RD为功率合成器的负载电阻
由于两个功率源是反相输入的
所以该电路称为
反相功率合成器
如果将两个功率源由A B端同相输入
如图所示
则称为同相功率合成器
由电路的对称性可知
则可写出各处的电流和电阻的功率
可见
D端是平衡端
RD为平衡电阻不消耗功率
C端是合成端
RC是合成电阻
上面的分析是假设电路对称
如果激励源A或B单边工作
平衡电阻的功率不再等于0
而是激励源的功率平均分配
给平衡电阻和负载电阻
非激励端无功率输出
表明A B两点是相互隔离的
如果将一个激励源从
混合网络的C端或D端输入
则可以实现功率分配
下面我们分析功率分配网络的原理
当激励源由C端输入
由于电路对称
则电阻RD上没有功率
D端为平衡端
两个负载电阻RA RB上的功率
也就是将激励源的功率
平均分配到两个负载上
由于A端和B端的电压大小相等
相位相同
所以该电路是同相功率分配器
若将激励源从D端输入
可以构成反相功率分配器
用同样的方法可以分析得到
即C端是平衡端
两个负载电阻RA RB上的功率
在实际电路中
RA RB通常是两个放大器的
输入电阻
它们从信号源获得功率后
再经放大器放大
如果RA或RB有一个电阻出了故障
则电路的对称性被破坏
此时平衡电阻的功率不再等于0
从而保证正常负载的功率不变
体现了由传输线变压器构成的
功率合成器相互无关的特点
功率合成技术已经
得到了广泛的应用
下面我们看一个典型的
反相功率合成器
这是一个输出功率为75w
带宽为35~75MHz的放大电路的一部分
图中
Tr1与Tr6是具有
平衡—不平衡转换作用的1:1传输线变压器
Tr2与Tr5是具有
混合网络作用的1:4传输线变压器
混合网络各端仍用A B C D来标明
Tr3与Tr4为4:1阻抗变换器
它的作用是完成阻抗匹配
由电路可知
Tr2是功率分配网络
在输入端由D端激励
A B
两端得到反相激励功率
再经4:1阻抗变换器与晶体管的
输入阻抗进行匹配
两个晶体管的输出功率
即A B端获得的功率是反相的
对于功率合成网络
来说
相当于A B两端同时加
有反相输入的激励源
可在D端获得合成后的功率
在完全匹配时
输入和输出混合网络的C端
不会有功率损耗
但在匹配不完善和
不十分对称的情况下
C端还是有功率损耗的
C端连接的6Ω电阻
即为吸收这不平衡功率所用
称为假负载电阻
每个晶体管基极到地的10Ω电阻
是用来稳定放大器
防止寄生振荡
并在晶体管截止期间作为
混合网络的负载
反相功率合成器的优点是
输出无偶次谐波
输入电阻比单边工作时高
因而引线电感的影响小
至于同相功率合成器
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