第四章高頻功率放大器

在輸入信號的控制下，將直流電源提供的直流功率的一部分變換成按輸入信號規(guī)律變化的交流功率，提供給負載。

對高頻已調波信號進行線性功率放大，然后經過天線將其輻射到空間。4.1引言

功率放大器的概念：

高頻功率放大器的作用：1．分類①按照負載分：②按工作狀態(tài)分

2．用途

提供足夠強的以載頻為中心的窄帶信號功率；放大窄帶已調信號或實現(xiàn)倍頻，工作在乙、丙類。窄帶功放：寬帶高功放：

用于對某些載波信號頻率要求變化范圍大得短波，超短波電臺的中間各級放大級，以免對不同的繁瑣調諧。工作與甲類。4.2諧振功率放大器的原理與應用

4.2.1諧振功率放大器（ResonatePowerAmplifier）的工作原理

一．諧振功率放大器的工作原理分析

圖4.2.1(a)(b)分別為發(fā)送設備的中間放大級和末級、為天線等效電AC路),(c)為相應的原理電路。

放大器（

圖4.2.1丙類諧振放大器的電路組成

L、C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極負載回路（或匹配網絡），該回路又稱為槽路，負載回路既可以實現(xiàn)選頻濾波的功能，又實現(xiàn)阻抗匹配；

放大后的信號通過變壓器耦合到負載上(圖(a))或通過天線(圖（b))向空間輻射?；芈返闹C振總電阻。

圖（c）中的為L、C

圖4.2.1丙類諧振放大器的電路組成

電路中各元件作用：按工作狀態(tài)分為電路是以諧振系統(tǒng)作匹配網絡（負載）。1．電路的基本組成

輸入信號（又稱為激勵信號）經變壓器耦合到晶體管的輸入端得到；

當時為甲類狀態(tài)；

當時為乙類狀態(tài)；

當時為丙類狀態(tài)。

稱為晶體管的導通電壓。

放大器的工作狀態(tài)由偏置電壓

的大小決定

2．電路特點：①電路工作在丙類狀態(tài)。高，流過晶體管的電流為余弦脈沖；

②諧振回路做負載。其作用是：阻抗匹配，選出余弦脈沖中的基波分量二．工作原理：，且

若激勵電壓所以電路工作在丙類狀態(tài)。圖4.2.1丙類諧振放大器的電路組成

電路的工作波形如圖4.2.2所示。晶體管的集電極電流為周期性的余弦脈沖。實際上，工作在丙類狀態(tài)的晶體管各極電流、

、

均為周期性余弦脈沖，均可以展開為傅立葉級數(shù)。其中式中，、、、…、分別為集電極電流的直流分量、基波分量、以及各高次諧波分量的振幅。……的傅立葉級數(shù)展開式為

其中，、、…、為余弦脈沖分解系數(shù)，的關系曲線。

圖4.2.3給出了導通角與各分解系數(shù)、、…、

由圖可清楚地看到各次諧波分量隨導通角變化的趨勢。諧波次數(shù)越高，振幅就越小。因此，在諧振功率放大器中只需研究直流功率與基波功率。見附錄二。

圖4.2.3余弦脈沖分解系數(shù)曲線

顯然，只要知道電流脈沖的最大值和導通角、

就可以計算、、…、

。輸出，即：當回路諧振于時，在回路兩端得到的最大為回路等效總電阻，（負載等效值）

式中

結論：丙類諧振功率放大器，流過晶體管的各極電流均為余弦脈沖，但利用諧振回路的選頻作用，其輸出電壓仍能反映輸入電壓的變化規(guī)律，即輸出信號基本上是不失真的余弦信號，實現(xiàn)線性放大的功能。圖4.2.4諧振功率放大器的各極電壓、電流波形

丙類諧振功率放大器的電流、電壓波形如圖7.2.4所示。二．諧振功率放大器的質量指標

在保證功放管安全工作的條件下，在允許失真的范圍內，高效率地輸出足夠大的信號功率，因此，高頻功率放大器的主要技術指標有：

1．電源電壓提供的直流輸入功率

對功率放大器的要求是：2．輸出高頻交流功率

3．集電極損耗功率根據(jù)能量守恒定律，集電極損耗功率應為4．集電極效率②當器件確定時，一定，

增大增大。

③當

增大的時候（或者

減小的時候），

減大；所以

增大時，讓靜態(tài)工作點

降低是提高

和

的重要途徑。

一定時，

越大，越大。

結論：①當4.2.2諧振功率放大器的近似分析方法

一．近似分析方法

近似分析方法（又稱為準靜態(tài)分析法），所作的近似如下：

近似一：諧振回路具有理想的選頻濾波特性，其上只能產生基波電壓，而其它分量的電壓均可忽略。因而，盡管集電極電流為脈沖波，但是集電極電壓卻是余弦的。

同理，放大器輸入端也接有諧振回路，因而，盡管基極電流為脈沖波，但是加到基極上的電壓卻是余弦波，它們可分別表示為

近似二：功率管的特性用輸入和輸出靜態(tài)特性曲線表示，其高頻效應可忽略。根據(jù)和設定的，便可確定所需的集電極諧振回路的諧振總電阻值時，可先設定四個電量、、、的數(shù)值，并將按在上述兩個近似條件下，分析諧振功率放大器性能間隔給定不同的數(shù)值（例如）則和便是確定的數(shù)值，如圖4.2.5（a）所示。圖4.2.5諧振功率放大器的近似分析方法

為工作路，負載線)，它是指輸入信號的一個周期內，由管子的集電極電流與集電極電壓共同決定的動態(tài)點的運動軌跡。根據(jù)不同間隔上的和值，在以為參變量的輸出特性曲線上找出對應的動態(tài)點和由此確定的值。動態(tài)線(DynamicLine）：

動態(tài)點的連線稱為諧振功率放大器的動態(tài)線(又稱（1）動態(tài)線在橫軸上的截距是，而非

，這是區(qū)別于乙類放大器之處。

（2）在輸入信號變化一周的過程中，由晶體管的集電極電流與集電極電壓共同決定的動態(tài)點沿著A→B→C→D→C→B→A軌跡移動。即動態(tài)線是條曲線，管子經歷了導通→截止→導通的過程。從圖示的動態(tài)線可以看出以下幾點：（3）集電極電壓的最大值。若，則在選擇功放管時，應保證集電極與發(fā)射極間的擊穿電壓。

（4）丙類放大器是非線性放大器，不適合放大振幅變化的已調信號。如圖4.2.6所示。顯然，當幅度變化時，電流導通角不同，造成輸出電流的基波分量振幅不同（與之間是非線性的關系），使輸出電壓的幅度與輸入電壓的包絡不成正比，產生了失真。圖4.2.6調幅波（AM）通過丙類放大器

二．丙類諧振功率放大器的工作狀態(tài)的劃分圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

集電極電流脈沖的寬度主要取決于和的大小，參見圖4.2.2。也就近似一定，幾乎不隨的大小而變化。集電極電流脈沖的最大值由與的交點確定。時當一定時，集電極電流脈沖寬度（和）當圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

臨界線：放大管輸出特性曲線上由放大區(qū)進入飽和區(qū)的點稱為臨界點。或為臨界線的斜率，為臨界線方程。臨界點的連線為臨界線，臨界線上滿足

（1）欠壓（Undervoltage）狀態(tài)的交點交與臨界線的右側，與交點

確定了集電極電流脈沖的高度。顯然，集電極電流波形如圖4.2.7（b）中曲線①所示，為尖頂?shù)挠嘞颐}沖。所示的動態(tài)線①所示。如圖4.2.7（a）（較?。ɑ蜉^小）的情況），稱為欠壓工作狀態(tài)。圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

（2）臨界（Critical）狀態(tài)的交點交在臨界線上，與

對應的集電極電流脈沖波形如圖4.2.7（b）中曲線②所示，仍然是尖頂?shù)挠嘞颐}沖。的動態(tài)線②（較大（或較大）。如圖4.2.7（a）所示與交點意味著動態(tài)線的斜率減小，這時正好落在靜態(tài)曲線的臨界點上，這時放大器的工作工作狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

（3）過壓（Overvoltage）狀態(tài)與的交點交在臨界線的左側，如圖4.2.7（a）所示的動態(tài)線③。繼續(xù)增大（或繼續(xù)增大）的情況，由于仍是那個靜態(tài)特性曲線，所以對應與的動態(tài)點必定進入飽和區(qū)，并在E點（對應的點）轉折，這種工作狀態(tài)稱為過壓狀態(tài)。圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

波形才會出

電流脈沖出現(xiàn)凹陷是由于集電極負載性質造成的。它的負載是具有選頻作用的LC并聯(lián)諧振回路，其上只能產生基波余弦電壓，因而沿動態(tài)線畫出的現(xiàn)中間凹陷。值，點對應凹陷脈沖的值。圖4.2.7諧振功率放大器的工作狀態(tài)

對應的集電極電流脈沖波形如圖4.2.7（b）中曲線③所示，是頂部凹陷的電流脈沖，E點對應電流脈沖的4.2.3諧振功率放大器的外部特性

由諧振功率放大器的原理分析知：所以，當晶體管確定后，放大器的工作狀態(tài)及，，，，與，四個參量有關，同時也影響，也就唯一地確定了。

，當，，這四個參量一定時，工作狀態(tài)一．負載特性⑵對工作狀態(tài)的影響：同時電路的工作狀態(tài)經歷了從欠壓狀態(tài)到臨界狀態(tài)又到過壓狀態(tài)的變化。⑴定義：不變時，，，變化時對放大器工作，，狀態(tài)及，的影響。升高的時候，可以得到同樣升高，圖4.2.7負載變化對放大器工作狀態(tài)的影響⑶對的影響：欠壓狀態(tài)到臨界狀態(tài)：略微減小，卻幾乎不變，和也幾乎不變。臨界狀態(tài)到過壓狀態(tài)：迅速下降，曲線出現(xiàn)凹陷，和也迅速下降。如圖4.2.8所示。圖4.2.8負載變化對電流脈沖的影響

圖4.2.9負載特性

結論：在臨界狀態(tài)：最大，較高，最佳狀態(tài)；發(fā)射機末級。弱過壓狀態(tài)：最大，接近最大，隨著，平穩(wěn)，中間放大級；⑷負載特性曲線（對功率、效率的影響）欠壓狀態(tài)：比較低，比較小，且隨著的增大而增大。所以，一般不用，但基極調幅電路工作于欠壓狀態(tài)。二．放大特性

⑴定義：放大特性是指保持，，一定時，放大器性能隨輸入激勵電壓的振幅變化的特性。⑵對工作狀態(tài)的影響由零開始增加時，隨著的增大而增大，放大器的工作狀態(tài)經歷從欠壓區(qū)、臨界狀態(tài)、最后到過壓區(qū)的變化過程，導致集電極電流導通角均隨著以及電流脈沖最大值的增大而增大。⑶對的影響

和高度都隨之增大。如圖7.2.10所示。也會隨增大，所以脈沖的寬度圖4.2.10

對集電極電流

的影響

⑷放大特性曲線：在欠壓狀態(tài)時，隨的增大而增大，但不成線性關系。僅當處于甲類或乙類工作狀態(tài)時固定為，此時和成線形關系。如圖4.2.11所示。圖4.2.11放大特性曲線

⑸應用：作為線性放大器和振幅限幅器。如圖4.2.12所示。

圖4.2.12放大特性的應用

三．調制特性

調制特性是指諧振功率放大器，在保持

、

不變時，放大器的性能（、、）跟隨集電極電源電壓或基極偏置電壓變化的特性，前者稱為集電極調制特性，后者稱為基極調制特性。⑴集電極調制特性

、A．定義：若和固定，輸出電壓振幅隨集電極電壓變化的規(guī)律即集電極調制特性B．

對工作狀態(tài)的影響：

的變化使靜態(tài)工作點左右平移，從而使欠壓區(qū)內的動態(tài)線左右平移，動態(tài)線的斜率不變，于是工作狀態(tài)在欠壓，臨界，過壓中轉換。

圖4.2.13集電極調制特性

C．對的影響：

隨著的增大或變小而增大或減小，但是并非線性關系。

D．調制特性：在過壓狀態(tài)時，隨而單調變化，此時，起到了控制作用，即振幅調制作用

E．應用：使電路工作在過壓狀態(tài)，就可以起到振幅調制作用。集電極調幅電路及其工作波形B．

對工作狀態(tài)的影響：當由零開始增加時，隨著的增大而增大，放大器的工作狀態(tài)經歷從欠壓區(qū)、臨界狀態(tài)、最后到過壓區(qū)的變化過程，導致集電極電流導通角以及電流脈沖最大值均隨著的增大而增大。⑵基極調制特性：

，

A．定義：若和固定，輸出電壓振幅隨基極偏壓變化的規(guī)律成為基極調制特性圖4.2.14基極調制特性

C．

對

的影響：在欠壓區(qū)隨的增大基本呈線性增大，在過壓區(qū)，基本不再增大。

D．調制特性：跟的變化對輸出電流和輸出電壓振幅的影響是類似的。調制特性曲線如圖4.2.14(b)所示，顯然，在過壓區(qū)無法完善調制，在欠壓區(qū)可以實現(xiàn)調制。E．應用：可以實現(xiàn)對的控制，即調幅功能。

(2)

若對非等幅信號進行功率放大,應使功放工作在欠壓狀態(tài),但線性較差。若采用甲類或乙類工作,則線性較好。

(1)

若對等幅信號進行功率放大,應使功放工作在臨界狀態(tài),此時輸出功率最大,效率也接近最大。

根據(jù)以上對丙類諧振功放的性能分析,可得以下幾點結論:

(4)

回路等效總電阻直接影響功放在欠壓區(qū)內的動態(tài)線斜率,對功放的各項性能指標關系很大,在分析和設計功放時應重視負載特性。的變化范圍內工作在欠壓狀態(tài)；若調制信號加在集電極電壓上,

功放應工作在過壓狀態(tài)，且應保持放大器必須在的變化范圍內工作在過壓狀態(tài)。(3)

丙類諧振功放在進行功率放大的同時,也可進行振幅調制。若調制信號加在基極偏壓上,

功放應工作在欠壓狀態(tài)，且應保持放大器必須在4.3諧振功率放大器的實際線路

諧振功率放大器的管外電路包含有直流饋電電路和濾波匹配網絡兩部分，它們是保證諧振功率放大器能夠正常工作的必要條件。4.3.1直流饋電線路

直流饋電電路是指直流供電電路，它包括集電極饋電電路和基極饋電電路。

所謂串饋（SeriesSulpply）是指直流電源、濾波匹配網絡和功率管在電路形式上為串接的一種饋電4.3.1(a)所示。

在諧振功率放大器中，無論是集電極饋電還是基極饋電，都有兩種不同的連接方式，分別稱為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電。一．集電極饋電電路1．串聯(lián)饋電（簡稱為串饋）電路圖4.3.1（a）集電極串聯(lián)饋電電路A．各元件的作用

為高頻扼流圈，它與構成電源濾波電路，要求在信號頻率上的感抗很大，接近開路，的容抗很小，接近短路，目的是避免信號電流通過直流電源而產生級間反饋，造成工作不穩(wěn)定。圖4.3.1（a）集電極串聯(lián)饋電電路B．電路特點

a．與“地”間的散雜電容較大，但對回路的影響較??；b．饋電之路分布參數(shù)對回路影響??；c．

回路處在直流高點位上，安裝不便；所以，電路適合于頻率高的場合。2．并聯(lián)饋電（簡稱為并饋）電路所謂并饋（ParallelSupply）是指直流電源濾波匹配網絡和功率管在電路形式上為并接的一種饋電方式。A．各元件的作用

為高頻扼流圈為電源濾波電容、為隔直流電容。圖4.3.1（b）集電極并聯(lián)饋電電路a．饋電支路分布參數(shù)直接影響信號回路的諧振頻率；b．信號回路（）處于直流低電位上，安裝參數(shù)影響較大；所以，電路適合于頻率較低的場合。無論哪種饋電方式，都滿足B．電路特點調整方便；c．間分布圖4.3.1（b）集電極并聯(lián)饋電電路二．基極饋電電路下圖中基極偏置電壓是由通過、分壓提供的，為了保證丙類工作，上的分壓值應小于功率管導通電壓，屬于并饋電路。圖4.3.2基極并聯(lián)饋電電路但在丙類功放中，通常采用自偏壓的形式：

圖4.3.3基極自偏壓饋電電路電路特點：

圖（a）所示是利用基極電流的直流分量在上產生所需的偏置電壓，是并饋電路。

圖（b）所示是利用射極電流直流分量在上產生所需的反向這種自給偏置的優(yōu)點是能夠自動維持放大器的工作穩(wěn)定。當激勵加大時，態(tài)變化不大。7.3.1，是串饋電路，偏置電壓增大，使偏壓也加大，靜態(tài)工作點Q降低，因而又使的相對增加量減小；反之，當激勵減小時，減小，偏壓減小，因而的相對減小量也減小，這就使放大器的工作狀圖（c）所示是利用流過高頻扼流圈的直流電阻，得到近似0V的穩(wěn)定偏置電壓，是并饋電路，由于所得到的小，因而一般只在需要小的（接近乙類工作）時，才采用這種電路。4.3.2高頻功率放大器的濾波匹配網絡

高頻功率放大器的級與級之間或放大級與負載之間，都要采用一定形式的回路，這個回路一般是四端網絡。如圖4.3.4所示。

輸入匹配（級間耦合）網絡（Inputmatchingcircuit）：四端網絡是用以與下級放大器的輸入端相連接。作用是自前級放大器或信號源取得最大激勵功率。7.3.2圖4.3.4放大器與負載之間用四端網絡耦合

輸出匹配網絡（Outputmatchingcircuit）：四端網絡是用以輸出功率至負載作用。作用是保證放大器的輸出功率有效的加到負載（天線）上。這個四端網絡應完成的任務是：①

使負載阻抗與放大器所需要的最佳阻抗相匹配，以保證放大器傳輸?shù)截撦d的功率最大，即它起著阻抗匹配的作用。③大多數(shù)發(fā)射機為波段工作，因此該四端網絡應適應波段工作的要求，改變工作頻率時調諧要方便，并能在波段內保持良好的匹配等。②抑制工作頻率范圍以外的不需要頻率，即它應有良好的濾波作用。④

在有幾個電子器件同時輸出功率的情況下，保證它們都能有效地傳送功率到負載，但同時又應盡可能地使這幾個電子器件彼此隔離，互不影響。4.3.3諧振功率放大器的實際線路舉例

圖4.3.450MHz諧振功率放大器電路

高頻扼流圈LB中的直流電阻產生很小的負值偏置電壓的輸入阻抗在工作頻率上變換為前級要求的50匹配電阻。集電極采用并饋電路，為高頻扼流圈和組成由T型和L型構成的兩級混合網、、和，、網絡，作為輸入濾波匹配網絡，調節(jié)

可使功率管為電源濾波電容，、、、和組成L型和T型構成的兩級混合網絡，調節(jié)、、可使50外接負載在工作頻率上變換為放大管所要求的匹配電阻。各元件的作用：圖4.3.5150MHz諧振功率放大器電路

型網絡作為放大器輸入端匹配網絡。集電極采用串饋電路，高頻扼流圈和、、、組成電源濾波網絡，輸出端采用由～和～構成的三級型混合匹配濾波網絡?；鶚O采用由產生負值偏置電壓的自給偏置電路。為高頻扼流圈，為濾波電容，由、和構成的T各元件的作用：圖.3.6160MHz的諧振功率放大器

高頻扼流圈、和組成型電源濾波網絡，和為穿心電容。放大器輸入端由、、構成T形輸入匹配網絡，輸出端采用由、和、組成型輸出匹配網絡?；鶚O采用由高頻扼流圈LB中的直流電阻產生很小的的自給偏壓電路。集電極采用串饋電路。負值偏置電壓圖4.3.7場效應管諧振功率放大器電路

柵極采用由、組成的分壓式偏置電路，漏極采用、并饋電路，高頻扼流圈，放大器的輸入端采用由、、構成的T型濾波匹配網絡，輸出端采用由和、組成的L型和型混合濾波匹配網絡。和組成型電源濾波網絡。一、普通變壓器及其特性1、普通變壓器及其等效電路普通變壓器的結構及頻率特性如圖1.4.1所示。圖4.4.1普通變壓器結構圖4.4.1傳輸線變壓器的工作原理及特性4.4寬帶高頻功率放大器普通變壓器的電路符號及其等效電路分別如圖所示。電路符號及其等效電路

初級線圈電感量初級線圈引線電感初級線圈損耗電阻次級線圈折合到初級后的等效損耗次級線圈折合到初級后的引線電感分布電容由于，當下降時，下降，則L的旁路作用兩端得到的信號幅度下降。影響增大，使普通變壓器低頻端的等效電路2、普通變壓器的工作原理在低頻端，由于分布參數(shù)可以忽略，其等效電路如圖(a)所示。在高頻端：因為大，可以視為開路。其等效電路如圖(b)所示。增加時，分布電容，分布電感及漏電組成一串聯(lián)上壓降下降，且與感的作用使諧振回路。在諧振頻率處輸出最大。由圖知，頻率普通變壓器高頻端的等效電路由以上分析得到的頻率響應曲線如圖4.4.1（b）所示。普通變壓器的波段覆蓋系數(shù)可達

由于分布參數(shù)影響，頻帶受限但是由于分布參數(shù)影響，頻帶受限。圖4.4.1普通變壓器的頻率特性二、傳輸線變壓器的結構1、傳輸線(TrammsSion-Line)

所謂傳輸線(TrammsSion-Line)是指連接信號源和負載的兩根導線，如圖4.4.2(a)所示。在低頻工作時，因信號波長遠大于導線長度，傳輸線就是兩根普通的連接線，因此它的下限頻率為零。在高頻工作時、因信號波長與導線長度可以比擬，兩導線上的固有分布電感和線間分布電容的影響就不能忽略，如圖4.4.2(b)所示。圖4.4.2傳輸線

這時在輸入信號源的作用下，沿傳輸線始端1—3到終端2—4的不同位置上，通過導線的電流和線間的電壓無論在幅度和相位上都是不同的。只有在傳輸線是無耗、且它的端阻抗是匹配的，即的情況下，可以證明，它的上限頻率就越高。與其長度有關，越小，上限頻率若設上限頻率所對應的波長為λmin取為λmin的十分之一到八分之一，即且則可近似認為，在上限頻率范圍內，線上電壓和電流幅值處處相等（無駐波），即2、傳輸線變壓器結構圖4.4.31︰1傳輸線變壓器(a)結構圖(b)傳輸線電路(c)等效為1:1的倒相變壓器電路

3、傳輸線變壓器的工作原理傳輸線變壓器的兩種工作方式：低頻端：分布電容影響小，變壓器工作模式起主要作用；高頻端：傳輸線模式起主要作用；初次級線圈之間能量的傳播靠線圈之間的分布電容的耦合作用，上限頻率上千M波段覆蓋

當信號由1.3端加入時，利用與的能量交換——信息傳輸。

顯然，線間分布電容，電感不再影響高頻能量的傳播，而是電磁波賴以傳播的主要因素。注意：A、匹配：外接負載等于傳輸線特性阻抗

，

與結構，尺寸和介質有關。

B、傳輸線無耗且終端匹配匹配時，沿傳輸線上任一位置上的電壓，電流幅度處處相等，且①雙線并繞，所以任意長度的線間電容（）很大，且分布均勻。②雙線繞在高導磁率的鐵氧體磁芯上，所以線上每段的電感量都很大，而且均勻分布。

C、理想和終端匹配的傳輸線，具有無限寬的工作頻帶。D、終端做到嚴格匹配很困難，一般認為：（對應于的波長，傳輸線長）4、電路特點4.4.2傳輸線變壓器的應用舉例1、高頻反相器圖4.4.41：1高頻反相器

，

理想、無耗的情況下：

又（2.3）端或（1.4）端同時接地，所以實現(xiàn)了倒相器功能。同時故

稱之為1：1倒相器阻抗匹配條件

圖4.4.5平衡與不平衡變換器（a）平衡—不平衡（b）不平衡—與平衡2、1：1傳輸線實現(xiàn)平衡和不平衡的相互轉換3、1：4（4：1）阻抗變換所以而所以故同時圖4.4.61:4阻抗變換器結論：當時，（終端匹配條件），傳輸線變壓器實現(xiàn)1：4的阻抗變換。（b）4:1阻抗變換器所以又所以故（）同時結論：

①阻抗匹配條件②匹配時完成不同連接時還可以構成更多的阻抗變換電路。圖4.4.7兩級寬帶高頻功率放大電路兩級寬帶高頻功率放大電路實例

利用多個功率放大電路同時對輸入信號進行放大,然后設法將各個功放的輸出信號相加,這樣得到的總輸出功率可以遠遠大于單個功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術。，則N個負載上得到總功率為。

（1）功率相加條件。即若有N個相同功率放大器，每個功率放大器為匹配負載提供額定的功率

理想的功率合成器不但應具有功率合成的功能，還必須滿足下列條件：4.5功率合成器

（2）相互無關條件。即N個功率放大器彼此是隔離的。也就是說當任何一個功率放大器損壞時，不影響其余放大器工作，它們各自仍能夠向負載提供自己的額定功率。

（3）功率相減條件。即當一個或數(shù)個功率放大器損壞時，負載上所得到的功率雖然下降，但下降要盡可能小。在理想情況下，減少值等于損壞放大器數(shù)目M與額定功率的乘積，即M

。

圖4.5.1為采用7個功率增益為2，最大輸出功率為10W的高頻功放，利用功率合成技術，可以獲得40W的功率輸出。圖4.5.1功率合成與分配電路框圖

其中采用了三個一分為二的功率分配器和三個二合一的功率合成器。很顯然，討論功率合成技術，首先應該討論功率分配和功率合成網絡。

實現(xiàn)理想功率合成的關鍵是魔T型混合網絡（HybridCircuit）。魔T型混合網絡有四個端點，分別是A端、B端、C端和D端，如圖4.5.2所示。它的作用是：1．C端為同相功率合成端。當A、B兩端輸入等值而D端負載上無功率輸出。上獲得兩輸入功率的合成，同相功率時，C端負載圖4.5.2功率合成示意圖

２．D端為反相功率合成端。當A、B兩端輸入等值反相功率時，D端負載上獲得兩輸入功率的合成，而C端負載上無功率輸出。間滿足特定關系時，３．當C端和D端的負載、A、B兩輸入端彼此隔離。即任一端功率放大器的工作狀態(tài)變化或損壞時，不會影響另一端功率放大器的工作狀態(tài)，并維持其原輸出功率。4．利用該網絡還可實現(xiàn)功率分配的功能。當時，加在D端的功率放大器將其輸出功率均等地輸出；加到C端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給和且它們之間是同相的，而D端無功率輸出。，且它們之間是反相的，而C端無功率和分配給4.5.1魔T網絡

利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配器和功率合成器,且具有頻帶寬、結構簡單、插入損耗小等優(yōu)點,然后可進一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。

圖4.5.3所示的網絡就具有上述特性，它既可以作功率分配，又可作功率合成，因此稱之為魔T網絡。圖4.5.3魔T網絡

魔T網絡由4：1傳輸線變壓器和相應的AO、BO、CO、DD四條臂組成，其中DD臂是平衡臂，臂的兩端均不接地。傳輸線變壓器的特性阻抗和每條臂上的阻值（負載電阻或信號源內阻）滿足以下關系：一．魔T網絡的結構特點圖4.5.3魔T網絡

當AO、BO上接有相同的信號源，且內阻為R，見圖4.5.4所示。設各臂的電流方向如圖示，則有二．魔T網絡的功能1．功率合成圖4.5.4功率合成網絡

將上面兩式相加或相減，分別得到及

設AO、BO兩臂的信號源的正負極性如圖4.5.4（a）所示，稱之為同相源，則此時電流、為正。7.4.1圖4.5.4功率合成網絡

由于電路對稱，所以，則，可將電路等效為圖4.5.4（b）所示。CO臂上的可以看作兩個電阻R的并聯(lián)，所以AO、BO兩支路上的信號源均工作于匹配狀態(tài)，輸出額定功率圖4.5.4（b）

鑒于AO、BO為同相源，故稱為同相功率合成。

當AO、BO兩臂的信號源為反相源時，即傳輸線上無電流，可將其開路。則為負，因此圖4.5.4功率合成網絡

AO、BO兩臂上的兩信號源工作于匹配狀態(tài)，它們的輸出功率為在DD臂上得到合成功率，輸出功率為鑒于AO、BO為反相源，故稱為反相功率合成。得到圖4.5.4（C）所示等效電路。，圖4.5.4（C）

若信號源接在CO臂，見圖4.5.5（a）。其輸出功率同相地（見圖中、平均分配給AO、BO臂上的負載，DD臂上無電流。即CO臂與DD臂相互隔離。7.4.12．功率分配圖4.5.5同相功率分配

同相分配：方向，均流向地）由電路可知，時，電路對稱，，，D端無輸出。而又已知傳輸線變壓器的始端電壓與終端電壓相等，即，因而圖4.5.5同相功率分配

當所以有因此必有A、B、C三個點短路，得到圖4.5.5（b）電路?？梢娫谝?guī)定的各臂阻值條件下，信號源與負載匹配，CO臂上信號源輸出額定功率而AO、BO上獲得地同相等功率信號圖4.5.5同相功率分配

傳輸線上無電壓?？蓪鬏斁€變壓器的信號源接在DD臂，見圖4.5.6。其輸出功率上的負載，CO臂上無電流。

圖4.5.6反相功率分配

、

方向]分配給AO、BO臂反相地[見圖4.5.6（a）中反相分配：

由電路可知，當時，由于電路對稱，必有，

，

得圖4.5.6（b）等效電路。由圖知，可見在規(guī)定的各臂阻值下，信號源與負載匹配。信號源輸出的額定功率AO、BO上獲得反相等功率輸出。C端無輸出。由于傳輸線上兩電流相等，因此有

，傳輸線上無電流。可將傳輸線開路，圖4.5.6反相功率分配

4.5.2功率合成電路介紹

圖4.5.7是典型的反相功率合成原理電路。

圖4.5.7反相功率合成電路舉例

內阻為的信號源，以單端輸入方式送入，經轉換，將不平衡轉變?yōu)槠胶舛?，送入魔T網絡的平衡臂DD端，實現(xiàn)反相功率分配。由于兩晶體管的輸入電阻為，和兩個阻抗變換器將變換為晶體管的匹配電阻。晶體管的輸出最佳負載電阻為

由于兩放大器工作在乙類推挽狀態(tài)，輪流導通，它們將兩個等值反相的等功率信號放大后，利用魔T網絡實現(xiàn)反相合成。7.4.1作為平衡轉換為不平衡網絡，將合成后的功率各傳輸線變壓器的特性阻抗應為信號以單端形式送至負載（）天線。其中

反相功率合成電路的優(yōu)點是：輸出沒有偶次諧波，因此失真較小；輸入電阻比單邊工作時高，因而引線電感的影響減小。

圖4.5.8同相功率合成電路舉例

圖4.5.8表示一個典型的同相功率合成器電路，圖中為魔T混合網絡。同相功率分配網絡，它的作用是