專利名稱：一種射頻推挽功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于射頻電路技術領域，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于通訊、廣播、雷達、工業(yè)加工、醫(yī)療儀器和科學研究等 領域。射頻高功率放大器普遍采用推挽形式。射頻推挽功率放大器由推挽功率晶體管、與 推挽功率晶體管相連的輸入匹配網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡和供電偏置電路四部分組成，如圖1 所示，其中，推挽功率晶體管直接安裝在金屬散熱器表面，輸入匹配網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡 和供電偏置電路制作在印刷電路板上，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晶體管同一個金屬散熱器表面。輸入匹配網(wǎng)絡用于將高阻不平衡的射 頻輸入信號轉(zhuǎn)換成低阻平衡信號并盡可能無反射地、高效地和寬帶均衡地輸送到推挽功率 晶體管的輸入端;推挽功率晶體管用于將輸入匹配網(wǎng)絡輸入的射頻信號進行放大并送到輸 出匹配網(wǎng)絡;輸出匹配網(wǎng)絡用于將推挽功率晶體管放大后的低阻平衡射頻信號轉(zhuǎn)換成高阻 不平衡信號并盡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(wǎng)絡為推挽功率晶體管的柵極供電，通過輸出匹配網(wǎng)絡為為推挽功 率晶體管的漏極供電。
輸入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)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(wǎng)絡中的巴倫阻抗變換器將高阻的不 平衡信號轉(zhuǎn)換為低阻的平衡(或稱差分)信號，并送到射頻功率晶體管的輸入端。輸出匹 配網(wǎng)絡中的巴倫阻抗變換器將射頻功率晶體管輸出的低阻平衡(或稱差分)信號轉(zhuǎn)換為高 阻的不平衡信號，并送到射頻推挽功率放大器的輸出端。輸入輸出匹配網(wǎng)絡中的巴倫阻抗 變換器根據(jù)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(wǎng)絡中的巴倫阻抗變換器可以采用相同的結構，也可以采用不 同的結構。與輸入匹配網(wǎng)絡中的巴倫阻抗變換器相比，輸出匹配網(wǎng)絡中的巴倫阻抗變換器 要求能夠承受更高的功率， 一般采用同軸電纜來實現(xiàn)，而輸入匹配網(wǎng)絡中的巴倫阻抗變換 器要求承受的功率較小，可以采用較細的同軸電纜或其它結構來實現(xiàn)。
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)在很大程度上取決于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(wǎng)絡拓撲結構的安排和元件參數(shù)的優(yōu)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(tài)影 響很大。己有的一種射頻推挽功率放大器采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(xiàn)不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，由兩根相同長度的同軸電纜22、 23構成阻抗變換器實現(xiàn) 平衡高阻到平衡低阻的變換。同軸電纜21輸入端211的內(nèi)導體為不平衡端口，外導體接 地；同軸電纜21輸出端212的內(nèi)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(nèi)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(nèi)導體與同軸電纜23輸出端232的外導體相連，作為一個低阻平衡端口 ； 同軸電纜13輸出端132的內(nèi)導體與同軸電纜12輸出端122的外導體相連，作為另一個低 阻平衡端口。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)，每一根同軸電纜均制成螺旋線圈立在印制電路板上。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，復制性差，且占用空間大，結 構不緊湊；同軸電纜用得多，成本高。
己有的射頻推挽功率放大器采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制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(nèi)導體為高阻不平衡端口，另 一端312的內(nèi)導體接地；在該同軸電纜兩端相反方向?qū)盈B的兩圈剝?nèi)ハ嗤L度的外導體， 只留下介質(zhì)層315和內(nèi)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?nèi)ゲ糠滞鈱w后出現(xiàn)的兩個外導體端頭313、 314為兩個低阻平衡端口。不平 衡端口方向上的一段U形同軸電纜的中點316接直流電源并通過電容射頻接地。
這種巴倫阻抗變換器用一根水平安裝在印制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(nèi)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(shù)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端口。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(shù)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，才能保證兩個平衡端口的信號幅度相同而相位相 反。由于這種巴倫阻抗變換器中同軸電纜的外導體的結構并不嚴格對稱，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并不是其電氣上的中點。 其電氣上的中點很難確定，而且由于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，這種結構占用空間小，結構緊湊。但這種巴倫阻 抗變換器的結構并不完全對稱，不平衡輸入口方向上的U形同軸電纜段316與印制電路板 不平行，它的中點很難確定，這會惡化巴倫阻抗變換器平衡端口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?nèi)ネ鈱w，然后密繞兩圈，加工困難，復制性不好。
基于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，復制 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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種新結構的射頻推挽功率放大 器，本發(fā)明主要特點是對輸出巴倫阻抗變換器進行了優(yōu)化設計，使整個射頻推挽功率放大 器不但結構緊湊、占用空間小、加工方便、復制性好；而且本發(fā)明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。
本發(fā)明提出的一種射頻推挽功率放大器，包括推挽功率晶體管、分別與該推挽功率晶 體管相連的輸入匹配網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡，以及分別通過輸入匹配網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡給
推挽功率晶體管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(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡和供電偏置電路制作在印刷電路板上，該印刷電路板安裝在
一個金屬散熱器表面上并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 散熱器表面上并與該金屬散熱器相接觸;所述輸入匹配網(wǎng)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(wǎng)絡包括輸出巴倫阻抗變換器及輸出匹配電路；其特征在于， 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制電路板上；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，并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(nèi)導體分別與相對側的直段同軸電纜端頭的內(nèi)導體相 連接(使U形同軸電纜的內(nèi)導體與直段同軸電纜的內(nèi)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 兩個低阻平衡端口；該兩根直段同軸電纜的另外兩個端頭中的一個內(nèi)導體接地，另一個內(nèi) 導體作為高阻不平衡端口；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(nèi)導體與對側的直段同軸電纜端頭的內(nèi)導體相連接。
上述兩根相互絕緣的導線可以采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；也可采用一塊雙面印制電路板，在該雙面印制電路板的兩個表面分別印制 一根金屬導帶，并將U形同軸電纜端頭、直段同軸電纜端頭的內(nèi)導體焊接在該雙面印制電 路板相應的金屬導帶兩端。
本發(fā)明中的輸出巴倫阻抗變換器的U形同軸電纜根數(shù)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(shù)的變化，不改變上述巴倫阻抗變換器的基本結構特征，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，并且每增加一根U形同軸電纜的同 時，增加一條金屬連接線，并使增加的U形同軸電纜的內(nèi)導體與原有的U形同軸電纜的內(nèi) 導體和直段同軸電纜的內(nèi)導體一起連接成一根導體。
本發(fā)明可將上述輸出巴倫阻抗變換器下對應部位的印制電路板的兩面覆銅層去除，也可以將該部位的印制電路板去除;還可將該部位印制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(zhì)層。
本發(fā)明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并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，并且至少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(nèi)導體與相對側的直段同軸電纜端頭的內(nèi)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端口； 一個直段同軸電纜的另外一個端頭的內(nèi)導體接地，另 一個直段同軸電纜的另外一個端頭的內(nèi)導體作為高阻不平衡輸入端口； 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。
本發(fā)明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(huán)， 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(huán)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端口，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端口。
本發(fā)明的特點及有益效果
本發(fā)明的射頻推挽功率放大器的重要技術特征在于輸出巴倫阻抗變換器采用一組同 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 在印制電路板上，占用高度小，結構對稱緊湊；易于精密加工，復制性好，便于大批量生 產(chǎn)，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，本發(fā)明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。
本發(fā)明進一步設計了兩種結構對稱的輸入巴倫阻抗變換器，并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為已有的一種4:1巴倫阻抗變換器的原理結構示意圖。
圖3為己有的另一種4:1巴倫阻抗變換器的結構示意圖。
圖4為本發(fā)明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。
7圖8為本發(fā)明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。
具體實施例方式
本發(fā)明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-本發(fā)明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(wǎng)絡l、推 挽射頻功率晶體管2、輸出匹配網(wǎng)絡3和供電偏置電路4。其中，推挽功率晶體管、分別 與輸入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)絡相連，供電偏置電路分別通過與其相連的輸入匹配網(wǎng)絡、 輸出匹配網(wǎng)絡給推挽功率晶體管供電；該供電偏置電路與外部直流電源相連；所述輸入匹 配網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡和供電偏置電路制作在印刷電路板上，該印刷電路板和推挽功率晶 體管2安裝在同一個金屬散熱器表面上并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并與該金屬散熱器相接觸。
本發(fā)明的上述各組成部分的兩種實施例結構如圖4、圖8的各虛線框中所示，圖4與 圖8分別示出了本發(fā)明設計的兩種不同實施例結構的輸入匹配網(wǎng)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)，但本發(fā)明不限制采用其它已知的 輸入匹配網(wǎng)絡；圖4、圖9中的其余三個部分均示出一種同樣的實施例結構，實際上，本 發(fā)明的推挽射頻功率晶體管2可采用能夠購買到的各種射頻功率晶體管，供電偏置電路4 可采用任何一種能與其它部分相匹配的成熟的常規(guī)電路;輸出匹配網(wǎng)絡3中的輸出巴倫阻 抗變換器為本發(fā)明的主要關鍵技術特征，輸出匹配網(wǎng)絡3中的輸出匹配電路也為常規(guī)電 路，本發(fā)明給出一種具體輸出匹配電路實施例，但不限制采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
本發(fā)明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(wěn)壓塊Q1 (MC7805)和電容C10及Cll構成的穩(wěn) 壓電路、由二極管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(diào)節(jié) 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(wěn)壓 電路、柵極電壓調(diào)節(jié)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晶體管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(wǎng)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(wǎng)絡的兩個平衡輸入端相連。
本實施例的輸出匹配網(wǎng)絡3包括由微帶線S41、 S42、 S51及S52，電容C7及C8組成 的平衡型匹配段、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(wǎng)路中的輸出匹配電路；各部分的連接關系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 晶體管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(wǎng)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 包括安裝在印制電路板(圖中未示出)上的一組同軸電纜和一塊雙面印制電路板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水平安裝在印制電路板上；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，并且至少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(wěn)定性)；該雙面印制電路板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(nèi)導 體與相對側直段同軸電纜端頭531的內(nèi)導體相連接；連線512將該U形同軸電纜端頭524 的內(nèi)導體與相對側直段同軸電纜端頭541的內(nèi)導體相連接(使U形同軸電纜的內(nèi)導體與直 段同軸電纜的內(nèi)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端口；直段同 軸電纜53的另外一個端頭532的內(nèi)導體接地，直段同軸電纜54的另外一個端頭542的內(nèi) 導體作為高阻不平衡輸出端口； 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采用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采用25歐的半剛同軸電纜，其外導體的內(nèi)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(nèi)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(nèi)徑為3mm，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制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(nèi)導體與該端頭對側的直段同軸電纜端頭的內(nèi)導體相連接，構成一根內(nèi)導體。
本實施例中的輸出巴倫阻抗變換器的u形同軸電纜根數(shù)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(shù)的變化，不改變上述巴倫阻抗變換器的基本結構特征，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，并且每增加一根U形同軸電纜的
9同時，增加一條金屬連接線，并使增加的U形同軸電纜的內(nèi)導體與原有的U形同軸電纜的 內(nèi)導體和直段同軸電纜的內(nèi)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 裝或懸空安裝在印制電路板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的不平衡端口 621和兩層同軸電纜的外導體兩個平衡端均 焊接到印制電路板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 印制電路板64的下表面覆銅接地63的那一部分被去除，或?qū)⒃撦敵霭蛡愖杩棺儞Q器正下 方的印制電路板去除(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制電路板、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(wǎng)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(wǎng)路中的輸入匹配電路；各部分的連接關系為輸入低通濾波 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(wǎng)絡的兩個 平衡輸出端，并與推挽功率晶體管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T1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的這兩個孔并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721、 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，并且至少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(wěn)定性)；U形同軸電纜端頭724內(nèi)導體與相對側的直段同軸電纜端頭731的內(nèi)導體 通過導線75焊接連在一起；U形同軸電纜端頭723的內(nèi)導體與相對側的直段同軸電纜端 頭741的內(nèi)導體通過導線76焊接連在一起(使U形同軸電纜的內(nèi)導體與直段同軸龜纜的 內(nèi)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)為兩個低阻平衡輸出端口；直段同軸電纜73的另外一個端頭732的內(nèi)導體接地，直段同軸電纜74的另外一個端頭742的內(nèi)導體作為高 阻不平衡輸入端口； 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采用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采用25歐的半柔同軸電纜,其外導體的內(nèi)徑為1. 5mm，直 段同軸電纜的長度為20mm;鐵氧體雙孔磁柱采用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采用多根 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(wǎng)絡1，經(jīng)低 通濾波型匹配段濾波匹配，再經(jīng)微帶線S2進入輸入巴倫阻抗變換器T1的高阻不平衡端 T13，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后，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(jīng)兩段 微帶線S31和S32，到達推挽射頻功率晶體管2的兩個柵極G1和G2，經(jīng)推挽射頻功率晶 體管2放大后，由推挽射頻功率晶體管的兩個漏極D1和D2輸出，該放大后的低阻平衡輸 出信號經(jīng)過輸出匹配網(wǎng)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 后，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(jīng)輸出低通濾波型 匹配段濾波匹配后，經(jīng)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(jīng)過供電輸入濾波器濾波后，分成兩路， 一路先經(jīng)漏極供電 射頻扼流電感L2，再經(jīng)漏極供電射頻濾波器C9濾波后由輸出巴倫阻抗變換器T2的中心 對稱端T24進入T2，再經(jīng)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 晶體管2的兩個漏極Dl和D2，為推挽射頻功率晶體管2提供穩(wěn)定的直流電壓和足夠大的 電流；另一路經(jīng)過限流降壓電阻R5，到達穩(wěn)壓器，變成更加穩(wěn)定的直流電壓，該直流電 壓經(jīng)過柵極電壓調(diào)節(jié)電位器P1調(diào)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晶體管2的靜態(tài)工作點隨溫度的 變化；柵極電壓VGS從柵極電壓調(diào)節(jié)電位器的中心頭接到輸入匹配網(wǎng)絡。
本發(fā)明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于采用了不同的輸入匹配網(wǎng)絡，包括由電容C1、 C2 和電感Ll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Tl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 用來隔直流；供電偏置電路4通過電阻R31及濾波電容C31和C41給柵極G1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 包括一組扭絞線和一個鐵氧體雙孔磁環(huán)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(huán)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端口，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端口 。
本實施例的輸入巴倫阻抗變換器采用直徑為0. 5mm、長度為32mm的三根漆包銅線，每 厘米扭絞3次，鐵氧體雙孔磁柱采用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10畫。鐵氧體材料的選擇決定于所用的工作頻段，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(shù)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(jù)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(shù)為N(N為正整數(shù))根，以實現(xiàn)不同的阻抗變換比，前N-1 根首尾相連后作為初級線圈，第N根作為次級線圈，初次級圈數(shù)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制電路板上，安裝簡便， 結構緊湊，穩(wěn)定可靠。
本發(fā)明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(wǎng)絡1 中的輸入巴倫阻抗變換器和柵極供電濾波器、射頻功率推挽晶體管、輸出匹配網(wǎng)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-A線所示，它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。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(shù)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晶體管中的兩個管芯等都要在幾何尺寸和物理參數(shù)方面對應一 致。
本發(fā)明的兩個實施例的印制電路板均采用1.5mm厚的雙面印制電路板，放大器在 87. 5MHz到108MHz的整個頻段內(nèi)漏極效率均大于80%，典型值為82%， 二次諧波抑制度均 大于35dB，典型值為40dB。
本發(fā)明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采用其它常規(guī)器件，根據(jù)實際應用進行設計。只要結合本
發(fā)明的輸出巴倫阻抗變換器，即可實現(xiàn)區(qū)別于已有的射頻推挽功率放大器達到本發(fā)明的發(fā) 明目的應用于不同場合的多種射頻推挽功率放大器。因此凡是依照本發(fā)明所保護的技術方 案對上述實施例的任何修改與變換，均應屬于本發(fā)明的保護范疇。
權利要求
1、一種射頻推挽功率放大器，包括推挽功率晶體管、分別與該推挽功率晶體管相連的輸入匹配網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡，以及分別通過輸入匹配網(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡給推挽功率晶體管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(wǎng)絡、輸出匹配網(wǎng)絡和供電偏置電路制作在印刷電路板上，該印刷電路板安裝在一個金屬散熱器表面上并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并與該金屬散熱器相接觸；所述輸入匹配網(wǎng)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(wǎng)絡包括輸出巴倫阻抗變換器及輸出匹配電路；其特征在于，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制電路板上；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，并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(nèi)導體分別與相對側的直段同軸電纜端頭的內(nèi)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端口；該兩根直段同軸電纜的另外兩個端頭中的一個內(nèi)導體接地，另一個內(nèi)導體作為高阻不平衡端口；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，其特征在于，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(nèi)導體與對 側的直段同軸電纜端頭的內(nèi)導體相連接。
3、 如權利要求2所述的射頻推挽功率放大器，其特征在于，所述兩根相互絕緣的導 線采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;或采用 一塊雙面印 制電路板，在該雙面印制電路板的兩個表面分別印制一根金屬導帶，并將U形同軸電纜端 頭的內(nèi)導體、直段同軸電纜端頭的內(nèi)導體焊接在該雙面印制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，其特征在于，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，并且每增加一根u形同軸 電纜的同時，增加一條金屬連接線，并使增加的u形同軸電纜的內(nèi)導體與原有的u形同軸電纜的內(nèi)導體和直段同軸電纜的內(nèi)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，其特征在于，所述輸出巴倫阻抗變換 器下對應部位的印制電路板的兩面覆銅層去除，或?qū)⒃摬课坏挠≈齐娐钒迦コ?br> 6、 如權利要求5所述的射頻推挽功率放大器，其特征在于，還包括將與所述輸出巴 倫阻抗變換器下對應部位的印制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(zhì)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，其特征在于，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并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,并且至少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(nèi)導體與相對 側的直段同軸電纜端頭的內(nèi)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 衡輸出端口； 一個直段同軸電纜的另外一個端頭的內(nèi)導體接地，另一個直段同軸電纜的另 外一個端頭的內(nèi)導體作為高阻不平衡輸入端口； 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，其特征在于，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(wǎng)絡1中的輸入巴倫阻抗變換器和柵極供電濾波器、 射頻功率推挽晶體管、輸出匹配網(wǎng)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(shù)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，其特征在于，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(huán)，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(huán)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 的高阻不平衡輸入端口，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 低阻平衡輸出端口。
10、 如權利要求9所述的射頻推挽功率放大器，其特征在于，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(wǎng)絡l中的輸入巴倫阻抗變換器和柵極供電濾波器、 射頻功率推挽晶體管、輸出匹配網(wǎng)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(shù)一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種射頻推挽功率放大器，屬于射頻電路技術領域，包括推挽功率晶體管、輸入、輸出匹配網(wǎng)絡，以及供電偏置電路四部分；輸出匹配網(wǎng)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并水平安裝在印制電路板上的一根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(nèi)導體與直段同軸電纜的內(nèi)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端口；兩根直段同軸電纜的一個端頭的內(nèi)導體接地，另一個為高阻不平衡端口；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。本發(fā)明結構對稱，占用空間小、加工方便、復制性好，電性能有很大改善。
文檔編號H03F3/19GK101577526SQ20091008506
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月31日 優(yōu)先權日2009年5月31日
發(fā)明者蔡曉亞, 蔡長發(fā), 陳兆武, 陳正偉 申請人:北京瑞夫艾電子有限公司