大功率寬帶射頻脈沖功率放大器設(shè)計(jì)

　　1．2 電路板(PCB)設(shè)計(jì)

　　為保證整個(gè)頻帶內(nèi)信號(hào)放大的一致性，降低雜波和諧波的影響，寬頻帶高功率射頻放大器采用了AB類(lèi)功率放大，以保證電路的對(duì)稱(chēng)性。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，盡量保證銅膜走線(xiàn)的形式對(duì)稱(chēng)，長(zhǎng)度相同。為便于PcB板介電常數(shù)的選取，整個(gè)PCB板為鉛錫光板。在信號(hào)輸入和輸出端使用了Smith圓圖軟件計(jì)算和仿真銅膜走線(xiàn)的形狀、尺寸，以確保阻抗特性良好匹配。

　　設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是傳輸線(xiàn)變壓器的設(shè)計(jì)和制作。利用傳輸線(xiàn)阻抗變換器可以完成信號(hào)源與功率MOSFET管輸入端或輸出端之間的阻抗匹配�？梢宰畲笙薅鹊乩�用管子本身的帶寬潛能。傳輸線(xiàn)變壓器在設(shè)計(jì)使用上有兩點(diǎn)必須注意：一是源阻抗、負(fù)載阻抗和傳輸線(xiàn)阻抗的匹配關(guān)系；二是輸入端和輸出端必須滿(mǎn)足規(guī)定的連接及接地方式。由于設(shè)計(jì)中采用了AB類(lèi)功率放大方式，因此初級(jí)線(xiàn)圈的輸入與次級(jí)線(xiàn)圈的輸出要盡可能保證對(duì)稱(chēng)。設(shè)計(jì)中一共使用了T1、T2、T3、T4 4個(gè)傳輸線(xiàn)變壓器。在前兩級(jí)功率放大時(shí)，T1和T2的次級(jí)線(xiàn)圈都是一圈，T3的次級(jí)線(xiàn)圈是二圈，這是因?yàn)榇挪牧系娘柡徒?jīng)常發(fā)生在低頻端，增加T3的初、次級(jí)線(xiàn)圈數(shù)，有利于改善低頻端性能。T1、T2、T3使用同軸線(xiàn)SFF-1．5-1的芯線(xiàn)作為初級(jí)線(xiàn)圈傳輸線(xiàn)，次級(jí)線(xiàn)圈采用銅箔材料設(shè)計(jì)，使用厚度為O．8mm的銅箔。T4為進(jìn)口外購(gòu)的高功率傳輸線(xiàn)變壓器(型號(hào)：RF2067-3R)。設(shè)計(jì)的T1如圖2所示。

圖2

　　圖2中深色區(qū)域代表覆銅區(qū)域。銅箔管首先穿過(guò)磁環(huán)后再穿過(guò)兩端的銅膜板并焊接在一起，完成次級(jí)線(xiàn)圈。T2的設(shè)計(jì)基本與Tl相似，只是使用同軸線(xiàn)SFF-1．5-l的芯線(xiàn)纏繞的初級(jí)線(xiàn)圈圈數(shù)不同而已。

　　73次級(jí)線(xiàn)圈的制作有些變化，目的是加強(qiáng)低頻信號(hào)的通過(guò)程度。不使用銅箔管，而使用銅箔彎曲成弧形。如圖3所示。

圖3

　　在每個(gè)磁環(huán)孔中穿過(guò)兩個(gè)銅箔片，分別與兩端的銅膜板焊接，這樣整個(gè)線(xiàn)圈的次級(jí)線(xiàn)圈就是兩圈，然后根據(jù)阻抗比完成初級(jí)線(xiàn)圈的纏繞。這樣做的目的是在固定的阻抗比的情況下增加初、次級(jí)的圈數(shù)以改善放大器的低頻特性。

　　1．3 散熱設(shè)計(jì)

　　凡是射頻功率放大，其輸出功率很大，管子的功耗也大，發(fā)熱量非常高，因此必須對(duì)管子散熱。根據(jù)每一級(jí)管子的功耗PD以及管子的熱特性指標(biāo)，這些熱指標(biāo)包括器件管芯傳到器件外殼的熱阻ROJC，器件允許的結(jié)溫為T(mén)1、工作環(huán)境溫度為T(mén)A等，可以計(jì)算出需要使用的散熱材料的尺寸大小和種類(lèi)。本設(shè)計(jì)中，器件的工作環(huán)境溫度為55℃，使用的鋁質(zhì)散熱片尺寸為290mm×110mm×35mm，而且需要使用直流風(fēng)機(jī)對(duì)最后一級(jí)MOSFET進(jìn)行散熱處理。