一種射頻推挽功率放大器的製作方法

2023-04-30 18:46:21

專利名稱：一種射頻推挽功率放大器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於射頻電路技術領域，特別涉及射頻推挽功率放大器的設計。
背景技術：
射頻推挽功率放大器廣泛用於通訊、廣播、雷達、工業加工、醫療儀器和科學研究等 領域。射頻高功率放大器普遍採用推挽形式。射頻推挽功率放大器由推挽功率電晶體、與 推挽功率電晶體相連的輸入匹配網絡、輸出匹配網絡和供電偏置電路四部分組成，如圖1 所示，其中，推挽功率電晶體直接安裝在金屬散熱器表面，輸入匹配網絡、輸出匹配網絡 和供電偏置電路製作在印刷電路板上，供電偏置電路與外部直流電源相連，這些印刷電路 板安裝在與推挽功率電晶體同一個金屬散熱器表面。輸入匹配網絡用於將高阻不平衡的射 頻輸入信號轉換成低阻平衡信號並儘可能無反射地、高效地和寬帶均衡地輸送到推挽功率
電晶體的輸入端;推挽功率電晶體用於將輸入匹配網絡輸入的射頻信號進行放大並送到輸
出匹配網絡;輸出匹配網絡用於將推挽功率電晶體放大後的低阻平衡射頻信號轉換成高阻 不平衡信號並儘可能高效地和寬帶均衡地輸送到射頻推挽功率放大器的輸出端;供電偏置
電路分別通過輸入匹配網絡為推挽功率電晶體的柵極供電，通過輸出匹配網絡為為推挽功 率電晶體的漏極供電。
輸入匹配網絡和輸出匹配網絡均包括巴倫阻抗變換器(Balance to Unbalance Transformer ,簡稱Balun Transformer)及一些相互連接的微帶線、電容、電阻(如有 必要)和電感等匹配元件構成的匹配電路。輸入匹配網絡中的巴倫阻抗變換器將高阻的不 平衡信號轉換為低阻的平衡(或稱差分)信號，並送到射頻功率電晶體的輸入端。輸出匹 配網絡中的巴倫阻抗變換器將射頻功率電晶體輸出的低阻平衡(或稱差分)信號轉換為高 阻的不平衡信號，並送到射頻推挽功率放大器的輸出端。輸入輸出匹配網絡中的巴倫阻抗 變換器根據不同的射頻推挽功率放大器需要可以設計成不同的阻抗變換比，如4:1、 9:1、 16:1等。輸入、輸出匹配網絡中的巴倫阻抗變換器可以採用相同的結構，也可以採用不 同的結構。與輸入匹配網絡中的巴倫阻抗變換器相比，輸出匹配網絡中的巴倫阻抗變換器 要求能夠承受更高的功率， 一般採用同軸電纜來實現，而輸入匹配網絡中的巴倫阻抗變換 器要求承受的功率較小，可以採用較細的同軸電纜或其它結構來實現。
射頻推挽功率放大器的主要電氣性能如輸出功率、效率和諧波抑制以及結構指標(如 大小和重量)在很大程度上取決於所用巴倫阻抗變換器以及匹配電路和供電偏置電路的設 計,包括巴倫阻抗變換器和匹配元件類型的選擇，網絡拓撲結構的安排和元件參數的優化， 特別是，巴倫阻抗變換器以及匹配電路的結構對稱性對推挽功率放大器的推挽工作狀態影 響很大。 '
4己有的一種射頻推挽功率放大器採用的巴倫阻抗變換器的原理結構如圖2所示，:它分
為巴倫(Balance to Unbalance)和阻抗變換器獨立的兩部分，由一根同軸電纜21構成 巴倫實現不平衡到平衡的轉換，由兩根相同長度的同軸電纜22、 23構成阻抗變換器實現 平衡高阻到平衡低阻的變換。同軸電纜21輸入端211的內導體為不平衡埠，外導體接 地；同軸電纜21輸出端212的內導體和外導體分別接同軸電纜22、 23的輸入端221、 231 的兩個內導體，同軸電纜12、 13的輸入端121、 131的兩個外導體直接相連。同軸電纜 12輸出端222的內導體與同軸電纜23輸出端232的外導體相連，作為一個低阻平衡埠； 同軸電纜13輸出端132的內導體與同軸電纜12輸出端122的外導體相連，作為另一個低 阻平衡埠。這種巴倫阻抗變換器的同軸電纜21和同軸電纜22、23的長度一般比較長(通 常為l/4波長)，每一根同軸電纜均製成螺旋線圈立在印製電路板上。這種巴倫阻抗變換 器的性能與同軸電纜螺旋線圈的形狀和空間位置緊密相關，複製性差，且佔用空間大，結 構不緊湊；同軸電纜用得多，成本高。
已有的射頻推挽功率放大器採用的另一種巴倫阻抗變換器的原理結構如圖3所示，它 由一根水平安裝在印製電路板上的密繞成兩圈的同軸電纜31構成，下層同軸電纜圈與線 路板相接。該同軸電纜的兩端在同一方向，其中一端311的內導體為高阻不平衡埠，另 一端312的內導體接地；在該同軸電纜兩端相反方向層疊的兩圈剝去相同長度的外導體， 只留下介質層315和內導體(圖中的虛線所示)。兩圈同軸電纜外導體的接觸部位焊接連 在一起。剝去部分外導體後出現的兩個外導體端頭313、 314為兩個低阻平衡埠。不平 衡埠方向上的一段U形同軸電纜的中點316接直流電源並通過電容射頻接地。
這種巴倫阻抗變換器用一根水平安裝在印製電路板上的密繞成兩圈的同軸電纜同時 完成了平衡到不平衡和高阻到低阻的變換。這根同軸電纜的內導體繞了兩圈， 一端接不平 衡信號，另一端接地，為巴倫阻抗變換器的初級線圈，圈數為2;兩圈同軸電纜的外導體 焊接連在一起，外導體的兩端為兩個平衡埠。僅從外導體看，它變成了一圈，為巴倫阻 抗變換器的次級線圈，圈數為l。外導體的中點通過電容射頻接地。從原理上講，這個射 頻接地點必須是次級線圈的電氣中點，才能保證兩個平衡埠的信號幅度相同而相位相 反。由於這種巴倫阻抗變換器中同軸電纜的外導體的結構並不嚴格對稱，其U形部分與其 下方的線路板不平行，從電磁場的分布來看，外導體結構上的中點並不是其電氣上的中點。 其電氣上的中點很難確定，而且由於等效為次級線圈的外導體相對較短，電氣中點的位置 更敏感。
與圖2所示的巴倫阻抗變換器相比，這種結構佔用空間小，結構緊湊。但這種巴倫阻 抗變換器的結構並不完全對稱,不平衡輸入口方向上的U形同軸電纜段316與印製電路板 不平行，它的中點很難確定，這會惡化巴倫阻抗變換器平衡埠信號的幅度平衡和相位反 相性能；從而影響射頻推挽功率放大器的技術特性；這種巴倫阻抗變換器的同軸電纜有兩 段要剝去外導體，然後密繞兩圈，加工困難，複製性不好。
基於已有巴倫阻抗變換器組成的射頻推挽功率放大器存在尺寸較大，加工困難，複製 性不好等問題，射頻推挽功率放大器的電特性還有待進一步提高。發明內容
本實用新型的目的是為克服己有技術的不足之處，提出一種新結構的射頻推挽功率放 大器，本實用新型主要特點是對輸出巴倫阻抗變換器進行了優化設計，使整個射頻推挽功 率放大器不但結構緊湊、佔用空間小、加工方便、複製性好；而且本實用新型還進一步對 輸入巴倫阻抗變換器以及匹配電路的組成結構進行對稱性的設計，從而使其電性能得到很 大改善。
本實用新型提出的一種射頻推挽功率放大器，包括推挽功率電晶體、分別與該推挽功 率電晶體相連的輸入匹配網絡、輸出匹配網絡，以及分別通過輸入匹配網絡、輸出匹配網 絡給推挽功率電晶體供電的供電偏置電路四部分；該供電偏置電路與外部直流電源相連； 所述輸入匹配網絡、輸出匹配網絡和供電偏置電路製作在印刷電路板上，該印刷電路板安 裝在一個金屬散熱器表面上並與該金屬散熱器相接觸;所述推挽功率電晶體直接安裝在該 金屬散熱器表面上並與該金屬散熱器相接觸;所述輸入匹配網絡包括輸入巴倫阻抗變換器 及輸入匹配電路；所述輸出匹配網絡包括輸出巴倫阻抗變換器及輸出匹配電路；其特徵在 於，所述輸出巴倫阻抗變換器包括一組同軸電纜，該組同軸電纜包括一根U形同軸電纜和 兩根長度相同的直段同軸電纜，該兩根直段同軸電纜水平安裝在所述印製電路板上；所述 U形同軸電纜水平層疊在兩根直段同軸電纜上方，該U形同軸電纜的兩直線段的外導體分 別與所述兩根直段同軸電纜的外導體平行重疊接觸，並且至少相互接觸的兩端頭部位焊接 相連;所述U形同軸電纜的兩個端頭的內導體分別與相對側的直段同軸電纜端頭的內導體 相連接(使U形同軸電纜的內導體與直段同軸電纜的內導體連接成一根導體)；所述U形 同軸電纜的兩個端頭的外導體(也是與其同向的兩根直段同軸電纜的兩個端頭的外導體) 為兩個低阻平衡埠；該兩根直段同軸電纜的另外兩個端頭中的一個內導體接地，另一個 內導體作為高阻不平衡埠；該U形同軸電纜外導體的中點接直流電源且通過電容射頻接 地。
所述輸出巴倫阻抗變換器還包括兩根相互絕緣的導線，所述每根導線將該U形同軸電 纜的一個端頭的內導體與對側的直段同軸電纜端頭的內導體相連接。
上述兩根相互絕緣的導線可以採用兩根外包裹絕緣層的或由空氣絕緣的金屬連接線 或金屬連接片；也可採用一塊雙面印製電路板，在該雙面印製電路板的兩個表面分別印製 一根金屬導帶，並將U形同軸電纜端頭、直段同軸電纜端頭的內導體焊接在該雙面印製電 路板相應的金屬導帶兩端。
本實用新型中的輸出巴倫阻抗變換器的U形同軸電纜根數與阻抗變換比相關，1根對 應阻抗變換比為4:1， 2根對應阻抗變換比為9:1， 3根對應阻抗變換比為16:1，等等。 根數的變化，不改變上述巴倫阻抗變換器的基本結構特徵，只是在原有的U形同軸電纜上 面重疊一根或多根形狀相同、尺寸相同的U形同軸電纜，並且每增加一根U形同軸電纜的 同時，增加一條金屬連接線，並使增加的U形同軸電纜的內導體與原有的U形同軸電纜的 內導體和直段同軸電纜的內導體一起連接成一根導體。 '本實用新型可將上述輸出巴倫阻抗變換器下對應部位的印製電路板的兩面覆銅層去 除，也可以將該部位的印製電路板去除；還可將該部位印製電路板相接觸的金屬散熱器表 面去除一層，使所述輸出巴倫阻抗變換器與金屬散熱器之間增加一個空氣介質層。，
本實用新型設計的輸入巴倫阻抗變換器可包括一組同軸電纜和一個鐵氧體雙孔磁柱， 所述一組同軸電纜包括一根U形同軸電纜和兩根相同的直段同軸電纜，該兩根直段同軸電 纜分別穿過鐵氧體雙孔磁柱水平的兩個孔；U形同軸電纜的兩個直段部分同樣穿過該鐵 氧體雙孔磁柱的這兩個孔並水平地重疊在所述兩直段同軸電纜的上方，該(J形同軸電纜的 兩直線段的外導體分別與兩根直段同軸電纜的外導體相互接觸，並且至少U形同軸電纜的 兩端頭外導體分別與兩根直段同軸電纜相接觸的兩端頭外導體焊接在一起；所述U形同 軸電纜兩端頭內導體與相對側的直段同軸電纜端頭的內導體相連;該U形同軸電纜的兩個 端頭的外導體為兩個低阻平衡輸出埠； 一個直段同軸電纜的另外一個端頭的內導體接 地，另一個直段同軸電纜的另外一個端頭的內導體作為高阻不平衡輸入埠； U形同軸 電纜外導體的中點通過電阻接直流電源且通過電容射頻接地。
本實用新型設計的另一種輸入巴倫阻抗變換器可包括一組扭絞線和一個鐵氧體雙孔 磁環，所述扭絞線包括三根長度相同的漆包線，它們扭絞在一起依次穿過鐵氧體雙孔磁環 的水平的兩個 L;第一根漆包線的一端與第二根漆包線的對側的一端焊接連在一起，第一 根漆包線的另一端作為輸入巴倫阻抗變換器的高阻不平衡輸入埠，第二根漆包線的另一 端接地；第三根漆包線的兩個端頭作為兩個低阻平衡輸出埠。
本實用新型的特點及有益效果-
本實用新型的射頻推挽功率放大器的重要技術特徵在於輸出巴倫阻抗變換器採用一 組同軸電纜不但同時完成了平衡到不平衡和高阻到低阻的變換，而且所有同軸電纜均平行 安裝在印製電路板上，佔用高度小，結構對稱緊湊；易於精密加工，複製性好，便於大批 量生產，降低成本；從而會使射頻推挽功率放大器的效率和偶次諧波抑制性能得到提高。
另外，本實用新型在輸出巴倫阻抗變換器下層同軸電纜外導體與其下方的散熱器坑底 部金屬面之間形成一種特性阻抗很高的等效微帶傳輸線,，可使輸出巴倫阻抗變換器的性能 以致使射頻推挽功率放大器的性能得到進一步改善。
本實用新型進一步設計了兩種結構對稱的輸入巴倫阻抗變換器，並對輸入輸出巴倫阻 抗變換器相應的匹配電路元件進行了對稱性的設置，使整個放大器尺寸更小，性能更好。


圖1為射頻推挽功率放大器的原理結構示意圖。
圖2為己有的一種4:1巴倫阻抗變換器的原理結構示意圖。 .圖3為已有的另一種4:1巴倫阻抗變換器的結構示意圖a
圖4為本實用新型的射頻推挽功率放大器實施例1電路原理示意圖。 '圖5為實施例1的輸出巴倫阻抗變換器結構示意圖。
圖6為實施例1的輸出巴倫阻抗變換器安裝結構示意圖。圖7為實施例1的輸入巴倫阻抗變換器結構示意圖。
圖8為本實用新型的射頻推挽功率放大器實施例2電路原理示意圖。
圖9為實施例2的輸入巴倫阻抗變換器結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型提出的一種射頻推挽功率放大器結合附圖及實施例詳細說明如下
本實用新型提出的射頻推挽功率放大器，如圖4、圖8所示，它包括輸入匹配網絡l、 推挽射頻功率電晶體2、輸出匹配網絡3和供電偏置電路4。其中，推挽功率電晶體、分 別與輸入匹配網絡和輸出匹配網絡相連，供電偏置電路分別通過與其相連的輸入匹配網 絡、輸出匹配網絡給推挽功率電晶體供電；該供電偏置電路與外部直流電源相連；所述輸 入匹配網絡、輸出匹配網絡和供電偏置電路製作在印刷電路板上，該印刷電路板和推挽功 率電晶體2安裝在同一個金屬散熱器表面上並與該金屬散熱器相接觸;所述推挽功率晶體 管直接安裝在該金屬散熱器表面上並與該金屬散熱器相接觸。
本實用新型的上述各組成部分的兩種實施例結構如圖4、圖8的各虛i框中所示，圖 4與圖8分別示出了本實用新型設計的兩種不同實施例結構的輸入匹配網絡1 (包括兩種 不同結構的輸入巴倫阻抗變換器Tll及其相應的輸入匹配電路)，但本實用新型不限制採 用其它已知的輸入匹配網絡；圖4、圖9中的其餘三個部分均示出一種同樣的實施例結構， 實際上，本實用新型的推挽射頻功率電晶體2可採用能夠購買到的各種射頻功率電晶體， 供電偏置電路4可採用任何一種能與其它部分相匹配的成熟的常規電路；輸出匹配網絡3 中的輸出巴倫阻抗變換器為本實用新型的主要關鍵技術特徵，輸出匹配網絡3中的輸出匹 配電路也為常規電路，本實用新型給出一種具體輸出匹配電路實施例，但不限制採用已知
技術設計出的其它的相應輸出匹配電路。下面分別進行詳細說明
本實用新型的射頻推挽功率放大器實施例1的組成結構如圖4各虛線框中所示，其中， 本實施例的供電偏置電路4包括由電容C12、 C13和C14構成的供電輸入濾波器、漏極供 電射頻扼流電感L2、限流降壓電阻R5、由穩壓塊Q1 (MC7805)和電容C10及Cll構成的 穩壓電路、由二極體D1、電阻R1及R2、電容C5和C6構成的溫度補償電路和柵極電壓調 節電位器P1;其中，供電輸入濾波器、漏極供電射頻扼流電感L2、限流降壓電阻R5、穩 壓電路、柵極電壓調節電位器P1和溫度補償電路依次相連；外部直流電壓VDC與供電輸 入濾波器的輸入端相連。
本實施例的推挽射頻功率電晶體2可由封裝在一個管殼中的兩個橫向擴散場效應晶體 管(LDM0S)管芯構成，它有兩個柵極G1和G2以及兩個漏極D1和D2;其中，兩個柵極 Gl和G2分別與輸入匹配網絡的兩個平衡輸出端相連，兩個漏極Dl和D2分別與輸出匹配 網絡的兩個平衡輸入端相連。
本實施例的輸出匹配網絡3包括由微帶線S41、 S42、 S51及S52，電容C7及C8組成 的平衡型E配段、由同軸電纜構成的輸出巴倫阻抗變換器T2、由電容C9構成的漏極供電 射頻濾波器和由電容C15、 C16及電感L4組成的輸出低通濾波型匹配段；其中，平衡型匹配段、漏極供電射頻濾波器和輸出低通濾波型匹配段組成輸出匹配網路中的輸串匹配電 路；各部分的連接關係為平衡型匹配段的兩個輸入端微帶線S41和S42分別與推挽功率 電晶體2的兩個漏極Dl和D2相連,平衡型匹配段的輸出端微帶線S51和S52與輸出巴倫 阻抗變換器T2的兩個平衡端T21和T22相連，漏極供電射頻濾波器電容C9通過微帶線 S70與輸出巴倫阻抗變換器T2的中心對稱端T24相連，輸出巴倫阻抗變換器T2的不平衡 端T23通過微帶線S61與輸出低通濾波型匹配段的輸入相連，輸出低通濾波型匹配段的輸 出端通過微帶線S8作為輸出匹配網絡的不平衡輸出端RF0UT,該輸出端也是本實施例的 射頻推挽功率放大器的輸出端。
本實施例的輸出巴倫阻抗變換器T2的具體結構如圖5所示；該輸出巴倫阻抗變換器 包括安裝在印製電路板(圖中未示出)上的一組同軸電纜和一塊雙面印製電路板51，所 述一組同軸電纜包括一根U形同軸電纜52和兩根相同的直段同軸電纜53、 54,該兩根直 段同軸電纜53、 54水平安裝在印製電路板上；U形同軸電纜52水平層疊在兩根直段同 軸電纜53、 54上方，該U形同軸電纜52的兩直線段521、 522的外導體分別與兩根直段 同軸電纜53、 54的外導體相互接觸，並且至少U形同軸電纜的兩端頭外導體分別與其相 接觸的兩根直段同軸電纜兩端頭外導體焊接在一起(若U形同軸電纜與兩根直段同軸電纜 相互接觸部位的部分或全部焊接在一起，可更加強結構的穩定性)；該雙面印製電路板51 的兩個表面各設有一連線511、 512，其中，連線511將該U形同軸電纜端頭523的內導 體與相對側直段同軸電纜端頭531的內導體相連接；連線512將該U形同軸電纜端頭524 的內導體與相對側直段同軸電纜端頭541的內導體相連接(使U形同軸電纜的內導體與直 段同軸電纜的內導體連接成一根導體)。U形同軸電纜的兩個端頭523、 524的外導體(也 是與其同向的兩根直段同軸電纜的兩個端頭的外導體)為兩個低阻平衡輸入埠；直段同 軸電纜53的另外一個端頭532的內導體接地，直段同軸電纜54的另外一個端頭542的內 導體作為高阻不平衡輸出埠； U形同軸電纜52外導體的中點525 (在巴倫阻抗變換器 U形同軸電纜外導體的中心對稱線上)接直流電源且通過電容射頻接地。
本實施例的輸出巴倫阻抗變換器T2採用1根U形同軸電纜對應阻抗變換比為4:1， U 形同軸電纜與兩根直段同軸電纜均採用25歐的半剛同軸電纜，其外導體的內徑大小與所 通過的射頻功率大小有關，功率越大，外導體的內徑越粗；直段同軸電纜的長度和U形同 軸電纜寬度與工作頻率有關，工作頻率越高，長度和寬度尺寸越小。本實施例的25歐的 半剛同軸電纜外導體的內徑為3mra，直段同軸電纜的長度為20mm， U形同軸電纜的寬度為 10咖。
本實施例的輸出巴倫阻抗變換器中的雙面印製電路板可直接用兩根外包裹絕緣層的 或由空氣絕緣的金屬連接線或金屬連接片代替，即每根導線直接將該U形同軸電纜的一個 端頭的內導體與該端頭對側的直段同軸電纜端頭的內導體相連接，構成一根內導體。
本實施例中的輸出巴倫祖抗變換器的U形同軸電纜根數與阻抗變換比相關，..l裉對應 阻抗變換比為4:1， 2根對應阻抗變換比為9:1， 3根對應阻抗變換比為16:1，等等。 根數的變化，不改變上述巴倫阻抗變換器的基本結構特徵，只是在原有的U形同軸電纜上
9面重疊一根或多根形狀相同、'尺寸相伺的U形同軸電纜，並且每增加一根U形同軸電纜的
同時，增加」條金屬連接線，並使增加的u形同軸電纜的內導體與原有的u形同軸電纜的
內導體和直段同軸電纜的內導體一起連接成一根導體。
本實施例的輸出巴倫阻抗變換器的安裝結構如圖6所示，輸出巴倫阻抗變換器直接安 裝或懸空安裝在印製電路板64上，圖中，輸出巴倫阻抗變換器上層U型同軸電纜61的中 點611、下層直段同軸電纜62的不平衡埠 621和兩層同軸電纜的外導體兩個平衡端均 焊接到印製電路板64的上表面的覆銅微帶線63上，處在該輸出巴倫阻抗變換器正下方的 印製電路板64的下表面覆銅接地63的那一部分被去除,或將該輸出巴倫阻抗變換器正下 方的印製電路板去除(圖中未示出)；還可同時將處在輸出巴倫阻抗變換器正下方的散熱 器掏空成為一個比輸出巴倫阻抗變換器略寬的坑。輸出巴倫阻抗變換器懸空安裝、或/和 去除輸出巴倫阻抗變換器正下方的印製電路板、或/和將輸出巴倫阻抗變換器正下方的散 熱器掏空成為一個比輸出巴倫阻抗變換器略寬的坑，所有這些措施都是為了提高輸出巴倫 阻抗變換器下層同軸電纜外導體與其下方的散熱器表面金屬或坑底部金屬所構成的等效 微帶傳輸線的特性阻抗。實驗證明，這段等效微帶傳輸線的特性阻抗的提高可使輸出巴 倫阻抗變換器的性能以致使射頻推挽功率放大器的性能得到進一步改善。
本實施例的輸入匹配網絡l的具體結構如圖4所示，包括由電容C1、 C2和電感L1組 成的輸入低通濾波型匹配段、由同軸電纜構成的輸入巴倫阻抗變換器T1和由電阻R31、 R32、電容C3和C4組成的柵極供電射頻濾波器；其中，輸入低通濾波型匹配段和柵極供 電射頻濾波器組成輸入匹配網路中的輸入匹配電路；各部分的連接關係為輸入低通濾波 型匹配段的輸出端通過微帶線S22與輸入巴倫阻抗變換器Tl的不平衡端T13相連，柵極 供電射頻濾波器的電阻R31和R32的連接點通過微帶線S30與輸入巴倫阻抗變換器Tl的 中心對稱點T14相連，輸入巴倫阻抗變換器的T15端通過微帶線S21接地。輸入巴倫阻抗 變換器Tl的兩個平衡端Tll和T12分別通過微帶線S31和S32作為輸入匹配網絡的兩個 平衡輸出端，並與推挽功率電晶體2的兩個柵極Gl和G2相連。
本實施例的輸入巴倫阻抗變換器Tl的具體結構如圖7所示，該輸入巴倫阻抗變換器 包括一組同軸電纜和一個鐵氧體雙孔磁柱71，所述一組同軸電纜包括一根U形同軸電纜 72和兩根相同的直段同軸電纜73、 74，該兩根直段同軸電纜73、 74分別穿過鐵氧體雙孔 磁柱71水平的兩個孔；U形同軸電纜72的兩個直段部分721、 722同樣穿過鐵氧體雙孔 磁柱71的這兩個孔並水平地重疊在直段同軸電纜73、 44的上方，該U形同軸電纜的兩直 線段72K 722的外導體分別與兩根直段同軸電纜73、 74的外導體相互接觸，並且至少U 形同軸電纜的兩端頭外導體分別與兩根直段同軸電纜相接觸的兩端頭外導體焊接在一起
(若U形同軸電纜與兩根直段同軸電纜相接觸部位的部分或全部焊接在一起，可更加強結.. 構的穩定性)；U形同軸電纜端頭724內導體與相對側的直段同軸電纜端頭731的內導體 通過導線75焊接連在，起;:U形同軸電纜端頭723的內導體與相對側的直段同軸電纜端. 頭741的內導體通過導線76焊接連在一起(使U形同軸電纜的內導體與直段同軸電纜的 內導體連接成一根導體)。U形同軸電纜的兩個端頭723、 724的外導體(也是與其同向的兩根直段同軸電纜的兩個端頭的外導體)為兩個低阻平衡f出埠；直段同軸電纜73的 另外一個端頭732的內導體接地，直段同軸電纜74的另外一個端頭742的內導體作為高 阻不平衡輸入埠； U形同軸電纜72外導體的中點725 (在巴倫阻抗變換器同軸電纜外 導體的中心對稱線上)通過電阻接直流電源且通過電容射頻接地。
本實施例的輸入巴倫阻抗變換器的一組同軸電纜與輸出巴倫阻抗變換器的一組同軸 電纜結構相同，只是輸入巴倫阻抗變換器的一組同軸電纜套有一個鐵氧體雙孔磁柱。
本實施例的輸入巴倫阻抗變換器採用1根U形同軸電纜對應阻抗變換比為4:1， U形 同軸電纜與兩根直段同軸電纜均採用25歐的半柔同軸電纜，其外導體的內徑為1. 5mm,直 段同軸電纜的長度為20mm;鐵氧體雙孔磁柱採用NX010的鐵氧體雙孔磁柱。
另外，與本實施例的輸出巴倫阻抗變換器相同，輸入巴倫阻抗變換器也可以採用多根 U形同軸電纜和連接導線以改變其阻抗變換比。
本實施例的工作原理為射頻輸入信號RFIN從微帶線S1進入輸入匹配網絡1，經低 通濾波型匹配段濾波匹配，再經微帶線S2進入輸入巴倫阻抗變換器Tl的高阻不平衡端 Tl3，在輸入巴倫阻抗變換器T1中進行不平衡到平衡變換和高阻到低阻變換後，由輸入巴 倫阻抗變換器T1的兩個低阻平衡端T11和T13輸出，輸出的低阻平衡信號再分別經兩段 微帶線S31和S32，到達推挽射頻功率電晶體2的兩個柵極G1和G2，經推挽射頻功率晶 體管2放大後，由推挽射頻功率電晶體的兩個漏極D1和D2輸出，該放大後的低阻平衡輸 出信號經過輸出匹配網絡3的平衡型匹配段，到達輸出巴倫阻抗變換器T2的兩個低阻平 衡端T21和T22，在輸出巴倫阻抗變換器T2中進行平衡到不平衡變換和低阻到高阻變換 後，由輸出巴倫阻抗變換器T2的高阻不平衡端T23輸出，該輸出信號經輸出低通濾波型 匹配段濾波匹配後，經由微帶線S8輸出，成為放大器板的射頻輸出信號RFOUT。在供電 偏置電路4中，直流電壓VDC經過供電輸入濾波器濾波後，分成兩路， 一路先經漏極供電 射頻扼流電感L2，再經漏極供電射頻濾波器C9濾波後由輸出巴倫阻抗變換器T2的中心 對稱端T24進入T2，再經過輸出巴倫阻抗變換器T2和平衡型匹配段，到達推挽射頻功率 電晶體2的兩個漏極Dl和D2，為推挽射頻功率電晶體2提供穩定的直流電壓和足夠大的 電流；另一路經過限流降壓電阻R5，到達穩壓器，變成更加穩定的直流電壓，該直流電 壓經過柵極電壓調節電位器P1調整到合適的電壓值，成為柵極電壓VGS;柵極電壓VGS 通過溫度補償電路進行溫度補償，可以減少推挽射頻功率電晶體2的靜態工作點隨溫度的 變化；柵極電壓VGS從柵極電壓調節電位器的中心頭接到輸入匹配網絡。
本實用新型的射頻推挽功率放大器實施例2的組成結構如圖8各虛線框中所示，與圖 4所示的實施例1組成的不同之處僅在於採用了不同的輸入匹配網絡，包括由電容C1、 C2和電感L1組成的輸入低通濾波型匹配段、扭絞線型輸入巴倫阻抗變換器T1及由電容 C51、 C31、 C41、 C52、 C32、 C42和電阻R31、 R32組成的柵極供電濾波電路；電容C51和 C52甩來隔直流；供電偏置電路4通過電阻R31及濾波電容C31和C41給柵極Gl供電， 同時通過電阻R32及濾波電容C32和C42給柵極G2供電。.
本實施例的扭絞線型的輸入巴倫阻抗變換器具體結構如圖9所示，該巴倫阻抗變換器包括—組扭絞線和'一個鐵氧體雙孔磁環91,所述扭.絞線包括三根長度相同的漆包線92、 93和94，它們扭絞在一起依次穿過鐵氧體雙孔磁環91的水平的兩個孔。漆包線92的一 端922與漆包線93的對側的一端931焊接連在一起，漆包線92的另一端921作為輸入巴 倫阻抗變換器的高阻不平衡輸入埠，漆包線93的另一端932接地；漆包線94的兩個端 頭941和942作為兩個低阻平衡輸出埠。
本實施例的輸入巴倫阻抗變換器採用直徑為0. 5隨、長度為32mm的三根漆包銅線，每 釐米扭絞3次，鐵氧體雙孔磁柱採用NX010的鐵氧體雙孔磁柱，雙孔的直徑為3mm，磁柱 的高度和厚度都是5mm，寬10mra。鐵氧體材料的選擇決定於所用的工作頻段，三根漆包銅 線扭絞的程度決定了扭絞線的特性阻抗。本實施例的輸入巴倫阻抗變換器的三根扭絞漆包 線中的兩根首尾相連，成為初級線圈，另一根單獨作為次級線圈，初級和次級圈數比為 2:1，阻抗比為4:1。初級為高阻端，次級為低阻端。
本實施例中的輸入巴倫阻抗變換器可以根據本實施例中的輸出巴倫阻抗變換器的阻 抗變換比增加扭絞漆包線的根數為N(N為正整數)根，以實現不同的阻抗變換比，前N-1 根首尾相連後作為初級線圈，第N根作為次級線圈，初次級圈數比為N-1:1，阻抗比為 (N-l) 2: 1。
本實施例的扭絞線型的的輸入巴倫阻抗變換器豎立焊接在印製電路板上，安裝簡便， 結構緊湊，穩定可靠。
本實用新型的兩個實施例的射頻推挽功率放大器中的所有平衡部分，包括輸入匹配網 絡1中的輸入巴倫阻抗變換器和柵極供電濾波器、射頻功率推挽電晶體、輸出匹配網絡中 的平衡型匹配段以及輸出巴倫阻抗變換器和漏極供電濾波器，結構上均嚴格對稱，對稱軸 線如圖4和圖9中的A-iV線所示，它穿過輸入巴倫阻抗變換器的中點、推挽功率電晶體 的中點和輸出巴倫阻抗變換器的中點。嚴格對稱有兩方面的含義，一是幾何尺寸上的對稱， 二是對稱元器件物理參數上的一致。如R31與R32、 C31與C32、 S31與S32、 S41與S42 以及封裝在同一個推挽功率電晶體中的兩個管芯等都要在幾何尺寸和物理參數方面對應 一致。
本實用新型的兩個實施例的印製電路板均採用1.5mm厚的雙面印製電路板，放大器在 87. 5MHz到108MHz的整個頻段內漏極效率均大於80%，典型值為82%， 二次諧波抑制度均 大於35dB，典型值為40dB。
本實用新型的兩種實施例中除輸出巴倫阻抗變換器以外的其它各部分(包括輸入巴倫 阻抗變換器)的具體組成結構均還可採用其它常規器件，根據實際應用進行設計。只要結 合本實用新型的輸出巴倫阻抗變換器，即可實現區別於已有的射頻推挽功率放大器達到本 實用新型的發明目的應用於不同場合的多種射頻推挽功率放大器。因此凡是依照本實用新 型所保護的技術方案對上述實施例的任何修改與變換，均應屬於本實用新型的保護範疇。
權利要求1、一種射頻推挽功率放大器，包括推挽功率電晶體、分別與該推挽功率電晶體相連的輸入匹配網絡、輸出匹配網絡，以及分別通過輸入匹配網絡、輸出匹配網絡給推挽功率電晶體供電的供電偏置電路四部分；該供電偏置電路與外部直流電源相連；所述輸入匹配網絡、輸出匹配網絡和供電偏置電路製作在印刷電路板上，該印刷電路板安裝在一個金屬散熱器表面上並與該金屬散熱器相接觸；所述推挽功率電晶體直接安裝在該金屬散熱器表面上並與該金屬散熱器相接觸；所述輸入匹配網絡包括輸入巴倫阻抗變換器及輸入匹配電路；所述輸出匹配網絡包括輸出巴倫阻抗變換器及輸出匹配電路；其特徵在於，所述輸出巴倫阻抗變換器包括一組同軸電纜，該組同軸電纜包括一根U形同軸電纜和兩根相同的直段同軸電纜，該兩根直段同軸電纜水平安裝在所述印製電路板上；所述U形同軸電纜水平層疊在兩根直段同軸電纜上方，該U形同軸電纜的兩直線段的外導體分別與所述兩根直段同軸電纜的外導體平行重疊接觸，並且至少相互接觸的兩端頭部位焊接相連；所述U形同軸電纜兩端頭內導體分別與相對側的直段同軸電纜端頭的內導體相連接；所述U形同軸電纜的兩個端頭的外導體為兩個低阻平衡埠；該兩根直段同軸電纜的另外兩個端頭中的一個內導體接地，另一個內導體作為高阻不平衡埠；該U形同軸電纜外導體的中點接直流電源且通過電容射頻接地。
2、 如權利要求1所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，所述輸出巴倫阻抗變換 器還包括兩根相互絕緣的導線，所述每根導線將該U形同軸電纜的一個端頭的內導體與對 側的直段同軸電纜端頭的內導體相連接。
3、 如權利要求2所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，所述兩根相互絕緣的導 線採用兩根外包裹絕緣層的或由空氣絕緣的金屬連接線或金屬連接片;或採用一塊雙面印 制電路板，在該雙面印製電路板的兩個表面分別印製一根金屬導帶，並將U形同軸電纜端 頭的內導體、直段同軸電纜端頭的內導體焊接在該雙面印製電路板相應的金屬導帶兩端。
4、 如權利要求2所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，還包括在所述U形同軸 電纜上面重疊一根或多根形狀相同、尺寸相同的U形同軸電纜，並且每增加一根U形同軸 電纜的同時，增加一條金屬連接線，並使增加的U形同軸電纜的內導體與原有的U形同軸 電纜的內導體和直段同軸電纜的內導體一起連接成一根導體。
5、 如權利要求1所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，所述輸出巴倫阻抗變換 器下對應部位的印製電路板的兩面覆銅層去除，或將該部位的印製電路板去除。
6、 如權利要求5所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，還包括將與所述輸出巴 倫阻抗變換器下對應部位的印製電路板相接觸的金屬散熱器表面去除一層，使所述輸出巴 倫阻抗變換器與金屬散熱器之間增加一空氣介質層。
7、 如權利要求l、 2、 3、 5或6所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，所述輸 入巴倫阻抗變換器包括一組同軸電纜和一個鐵氧體雙孔磁柱，所述一組同軸電纜包括一根 U形同軸電纏和兩根相同的直段同軸電纜，該兩根直段同軸電纜分別穿過鐵氧體雙孔磁柱水平的兩個孔；U形同軸電纜的兩個直段部分同樣穿過該鐵氧體雙孔磁柱的這兩個孔並 水平地重疊在所述兩直段同軸電纜的上方,該U形同軸電纜的兩直線段的外導體分別與兩根直段同軸電纜的外導體相互接觸，並且至少u形同軸電纜的兩端頭外導體分別與兩根直段同軸電纜相接觸的兩端頭外導體焊接在一起；所述U形同軸電纜兩端頭內導體與相對 側的直段同軸電纜端頭的內導體相連;該U形同軸電纜的兩個端頭的外導體為兩個低阻平 衡輸出埠； 一個直段同軸電纜的另外一個端頭的內導體接地，另一個直段同軸電纜的另 外一個端頭的內導體作為高阻不平衡輸入埠； U形同軸電纜外導體的中點通過電阻接 直流電源且通過電容射頻接地。
8、 如權利要求7所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，所述射頻推挽功率放大器中的所有平衡部分，包括輸入匹配網絡l中的輸入巴倫阻抗變換器和柵極供電濾波器、 射頻功率推挽電晶體、輸出匹配網絡中的平衡型匹配段以及輸出巴倫阻抗變換器和漏極供電濾波器，結構上均對稱分布，對稱軸線穿過輸入巴倫阻抗變換器的中點、推挽功率晶體 管的中點和輸出巴倫阻抗變換器的中點；且對稱分布的元器件物理參數一致。
9、 如權利要求l、 2、 3、 5或6所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，所述巴倫 阻抗變換器包括一組扭絞線和一個鐵氧體雙孔磁環，所述扭絞線包括三根長度相同的漆包 線，它們扭絞在一起依次穿過鐵氧體雙孔磁環的水平的兩個孔；第一根漆包線的一端與第 二根漆包線的對側的一端焊接連在一起，第一根漆包線的另一端作為輸入巴倫阻抗變換器 的高阻不平衡輸入埠，第二根漆包線的另一端接地；第三根漆包線的兩個端頭作為兩個 低阻平衡輸出埠。
10、 如權利要求9所述的射頻推挽功率放大器，其特徵在於，所述射頻推挽功率放大器中的所有平衡部分，包括輸入匹配網絡l中的輸入巴倫阻抗變換器和柵極供電濾波器、 射頻功率推挽電晶體、輸出匹配網絡中的平衡型匹配段以及輸出巴倫阻抗變換器和漏極供電濾波器，結構上均對稱分布，對稱軸線穿過輸入巴倫阻抗變換器的中點、推挽功率晶體 管的中點和輸出巴倫阻抗變換器的中點；且對稱分布的元器件物理參數一致。
專利摘要本實用新型涉及一種射頻推挽功率放大器，屬於射頻電路技術領域，包括推挽功率電晶體、輸入、輸出匹配網絡，以及供電偏置電路四部分；輸出匹配網絡包括輸出巴倫阻抗變換器及輸出匹配電路；輸出巴倫阻抗變換器包括平行重疊接觸並水平安裝在印製電路板上的一根U形同軸電纜和兩根相同的直段同軸電纜，還包括兩根相互絕緣的導線，兩根導線將U形同軸電纜的內導體與直段同軸電纜的內導體連成一根導體；U形同軸電纜兩個端頭的外導體為兩個低阻平衡埠；兩根直段同軸電纜的一個端頭的內導體接地，另一個為高阻不平衡埠；U形同軸電纜外導體的中點接直流電源且通過電容射頻接地。本實用新型結構對稱，佔用空間小、加工方便、複製性好，電性能有很大改善。
文檔編號H03F3/189GK201414113SQ200920108300
公開日2010年2月24日 申請日期2009年5月31日 優先權日2009年5月31日
發明者蔡曉亞, 蔡長發, 陳兆武, 陳正偉 申請人:北京瑞夫艾電子有限公司