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基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设计

时间:2020-09-07 15:35:04 射频

大功率宽带放大器模块线性RF广泛用于电子战,雷达,检测等重要的通信系统,从而导致它的宽带技术,高功率无线电子通信系统中一个非常关键的技术。随着现代无线通信技术,高功率的宽带技术,宽带固态线性功率放大器设计跳频,扩频技术的发展提出了更高的要求,即频率宽带RF功率放大器,较大的输出功率,模块化的整体。

一般来说,在 hf ~ vhf 波段宽带射频功率放大器的设计,由于场效应管的输入阻抗较高,输入阻抗相对频率的变化不会有太大的偏差,容易产生阻抗匹配,而且偏置电路简单,所设计的放大电路增益高,线性度好。

本文的大功率宽频带进行线性系统射频放大器是利用MOS场效应管(MOSFET)来设计的,采取AB类推挽式功率可以放大处理方式,其工作不同频段为O 6M~10MHz,输出的脉冲输入功率为1200W。经调试过程中使用,放大器主要工作环境稳定,性能提供可靠。调试、试验和实用时需要使用的测试实验仪器有示渡器、频谱分析仪、功率汁、大功率同轴衰减器、网络技术分析检测仪和射频识别信号通过发生器。

1 脉冲功率放大器设计

1.1 电路设计

的设计宽带高功率脉冲放大器模块需要的工作频带是大于四个倍频程,并且输出功率,高次谐波和噪声抑制;此外,因为谐波的工作频带内,因此需要具有高线性放大器模块。

对于设计要求,RF功率放大器的设计中采用的3支FET放大链,所有选择的MOSFET。每级放大器都是AB类功率放大模式,推挽并且被选择以确保宽带功率放大器模块可以工作。考虑到正电源电压通常使用起来更加方便,因此增强型MOS FET的选择。另外,为扩大带宽和高功率输出,利用宽带匹配技术和反馈电路,以满足设计要求的传输线。

由于这种射频功率放大器需要高功率脉冲发射器,所以第一级和第二级使用的 mosfet 需要有快速开关,以确保脉冲调制信号的上下两侧完好无损,减少杂波和谐波干扰。 设计中选择 irf510和 irf530作为第一级和第二级功率放大器。 最后一级需要1200瓦的脉冲功率输出。 为了避免使用功率合成技术,最后选择了 mosprt mrfl57。 设计的射频脉冲功率放大器的原理图如图1所示。

发射通道的建立企业都是在信号源产生影响射频信号后经过几级的中间级放大才把信号进行输入到功率放大级,最后我们通过分析天线把射频信号系统发射出去。

图1中,输入信号为20~21dBm,50Ω输入;工作系统电压为15V和一48V,其中15V为第一、二级功放控制提供服务工作过程中电压,48V为最后一个一级功放行为提供管理工作没有电压;6V稳压模块输出我们可以选择使用15V或48V进行交流稳压变换,电路企业整体结构设计研究采用AB类功率不断放大,设计的驻波比为1.9。经过中间级放大后的信号,首先需要通过Tl(4:1)阻抗数据变换处理后进人功率放大器。在信号的上半周期Q1导通,信号的下半周期Q2导通;然后学生轮流组织通过T2(16:1)阻抗变换发展进入中国第二级放大,同样重要信号的上半周期Q3导通,下半周期Q4导通,完成对于整个网络信号全周期的能量需求放大;进入到了最后根据一级市场放大时使用T3(4:1)阻抗变换,以继续教育增加社会工作产生电流技术驱动大功率MOSFETMRFl57。为保证50Ω输出,输出端的阻抗变换为T4(1:9)。

电路中使用负反馈控制电路的目的是在整个网络带宽频率响应内产生影响一个企业相对比较平稳的功率增益,保持增益的线性度,同时通过引进负反馈电路,有利于学生改善用户输入回损和低频端信号输出功率放大的稳定性。

另外每一级保护电路进行设计中,都使我们用了一个滑动变阻器来设置以及每个管子的偏置电压,这样做大大降低了交越失真的发生,尽可能使学生放大控制信号可以在上、下半周期的波形不失真。

1.2电路板(PCB)的设计和传输线变压器

为了保证整个频段信号放大的一致性,减少杂波和谐波的影响,宽带高功率射频放大器采用 ab 类功率放大,以确保电路的对称性。 在印刷电路板的设计中,尽量保证铜膜线的形状对称,长度相同。 为了选择印刷电路板的介电常数,整个印刷电路板为铅锡光板。 采用史密斯图软件对输入端和输出端的铜膜形状和尺寸进行了计算和模拟,保证了阻抗特性的良好匹配。

设计中的关键技术之一是输电线路变压器的设计和制造。 利用传输线阻抗变换器,可以完成信号源与功率MOSFET管输入端或输出端的阻抗匹配。 管本身的带宽潜力可以最大化。 输电线路变压器的设计必须注意两点:一是源阻抗,负载阻抗和输电线路阻抗的匹配关系;二是输入输出必须满足规定的连接和接地方式。 由于设计中采用AB类功放,因此一次线圈的输入和二次线圈的输出应尽量对称。 本设计共采用T1、T2、T3、T4四种输电线路变压器。在功率放大的前两个阶段,T1和T2的二次线圈是一个,T3二次线圈是两个,这是因为磁性材料的饱和经常发生在低频端,增加T3一次线圈和二次线圈的数量,有利于提高低频终端的性能。 T1、T2、T3采用核心SFF-1.5-1同轴线作为一次线圈传输线,二次线圈采用铜箔,采用O型铜箔。 厚度8毫米。 进口大功率输电线路变压器T4(型号:RF2067-3R)。 设计T1如图2所示。

暗区图。 2表示铜面积。铜管首先穿过隔膜后通过铜环传递和两端被焊接在一起,以完成线圈。 T2是基本上类似的设计和Tl,但只使用不同的同轴SFF-1.5升芯线缠绕初级匝数。

73次级线圈的制作过程中有些发展变化,目的是加强对于低频数据信号的通过不同程度。不使用铜箔管,而使用铜箔进行弯曲成弧形。如图3所示。

两片铜箔穿过每个环孔,在两端焊接在铜膜板上,使整个线圈的二次线圈绕成两圈,然后根据阻抗比绕初次线圈。 其目的是在固定阻抗比下增加一次和二次匝数,以改善放大器的低频特性。

1.3 散热设计

凡是通过射频信号功率放大,其输出一个功率具有很大,管子的功耗也大,发热量非常高,因此我们必须对管子散热。根据每一级管子的功耗PD以及管子的热特性分析指标,这些热指标主要包括电子器件管芯传到器件外壳的热阻ROJC,器件是否允许的结温为T1、工作生活环境影响温度为TA等,可以直接计算出企业需要学生使用的散热技术材料的 尺寸数据大小和种类。本设计中,器件的工作学习环境控制温度为55℃,使用的铝质散热片尺寸为290mm&TImes;110mm&TImes;35mm,而且发展需要大量使用传统直流风机对最后国家一级MOSFET进行有效散热问题处理。

2 脉冲信号功率控制放大器的组装和调试

设计中使用的放大管全是MOSFET,由于其抗静电材料性能研究非常差,稍不留神我们就会出现因为进行焊接技术设备上的静电把管子是否烧坏,尤其是对于最后一个一级的大功率MOSFET(MRFl57),因此通过管子之间安装时要特别需要小心。设计系统电路前,可以选择使用MulTIsim软件或Pspice软件中的器件结构模型来熟悉IRFSIO和IRF530的使用。

当调试电路启动时,它不能成为最终MOSFETMRFl57偏置电压设置。首先由两个来设置试验前的静态工作点MRF157放大效应,放大所获得的测试结果之前的两个信号是100V左右VP-P(高阻抗输入)。当调试每个管电压的工作点不太高,比导通电压VC(TH)稍高即可。在电源端子必须监视工作电流,防止电流过大。通过修整变压器的每个管栅极端子,以便最小化波形失真调整静态工作点。这时,示波器可以用来监控输出波形。的视图前两电路调试点的实际结果,第一级主要影响放大的幅度,而第二阶段的影响波形扩增。

在调试最后一级功率放大器时,由于 mrfl57太贵,一定要非常小心。 只要有可能,设置每个管的静态工作电压,不要动态改变偏置。 该终端插入5011高功率同轴衰减器,并馈入频谱分析仪。 输出功率,以及谐波成分,可以获得的频域波形的频谱分析仪。

如本文所用,高功率放大器设计用于宽带和装配在实验室环境中的测试,和很长的时间来测试相关联的发射线圈。而实际测试表明,放大器,可靠,能完整的宽带RF脉冲功率放大,以满足设计要求的正常运行,发挥了重要作用,为在该频段内的检测设备的运行,收到了良好效果。

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