功放的宽带匹配设计

功放是发射机的核心器件，不管我们是做什么行业的，目标都是把信号放大发出去，能发多远，发出去的信号质量好坏，发射机工作效率等，功放都起到一个绝对性的作用。

今天就来讲一下功放的匹配设计。

功放的匹配主要有三个目的：

ü最大功率传输

ü改进系统信噪比

ü降低振幅和相位误差

功放的匹配设计，网上有很多的教程，ADS仿真都可以找到案例，本文就不一一展开，我们需要理解的是仿真的步骤是在做什么。

仿真匹配的目标是为了功放的功率的最大传输。最大传输的做法就是输入输出的共轭匹配。上图就是没有找到收敛圆。

共轭匹配的关键就是找到最佳阻抗点。做source-pull和loadpull的时候关键就是要调整圆心和半径找到收敛点，通过调整圆心的位置和阻抗，把收敛圆找到。

找到最佳阻抗就可以按照共轭匹配的原则去做共轭匹配设计。

对于功放的匹配，特别是宽带匹配一般采用一下几个方法。

1.Bode-Fano约束条件

ü对于给定的负载，需要牺牲通带内的反射系数，才能得到较宽的通带；

ü通带内的反射系数不能为0，除非带宽为零；

ü当R或者C增加时，匹配质量下降（带宽或反射系数），所以高Q电路比低Q电路更能匹配。

按照等Q圆匹配，就是Bode-Fano约束条件来。

2.巴伦阻抗变换

设计阻抗变换器，实现阻抗R1到R2的阻抗变换；

设：阻抗R1/R2=k*k，R1>R2，同轴线特性阻抗为Z0；

则流经R1和R2的电流之比：I1:I2=1:k；

R1:Z0:R2=1:k:k*k；    Z0=R1/k=k*R2=√R1*R2;

I1*I1*R1=I2*I2*R2,能量守恒（理想情况变压器不消耗能量）；

不同阻抗的仿真结果，50欧，长度12mm

30欧姆，12mm

做巴伦匹配，除了线的阻抗对匹配影响，线的长度也有影响

30欧姆，5mm

巴伦匹配的时候为了缩短线的长度，一般用磁芯来减小线的长度，对于磁芯要注意磁芯电感和磁芯功率容量的选择，由于电路损耗，磁芯会累积较多的热量，进而会引起磁芯温度的急剧升高，严重时会导致磁芯的磁导率下降，影响同轴变换器的低频响应。

3.平衡型功放

平衡式放大器不仅可以获得较好的增益平坦度，而且可以大大改善输入输出驻波比，是一种较为实用的宽带功放电路结构。平衡式放大器由2个3dB宽带正交耦合器和2个放大器组成。

输入信号在A端经过3dB耦合器分成两路，在B，C端的信号幅度相等，相位相差90︒，通过正交耦合器的相关原理可知，这两路信号输入反射功率在A端口幅度相等，相位差为180 ︒，反射信号正好相互抵消，在D端口反射信号相互叠加通过50Ω匹配负载吸收。同理，输出功率在输出耦合器的c端同相叠加，在b端反相抵消。可以看出即使单个放大器的输入输出端不匹配，只要两只放大器的特性一致，信号反射功率在平衡放大器的输入输出端相互抵消，可以极大的

改善输入输出端的驻波比。

平衡式放大器的优点:

（1）对单个放大器进行设计的时候可以优先对增益平坦度，输出功率进行设计，单个放大器的输入输出驻波比即使不好，只要两个放大器保持一致，平衡式放大器的驻波比也可以很好。

（2）平衡式放大器的输出功率是单个放大器的2倍，对于输出功率较小的宽带放大器，使用平衡式放大器进行功率合成，可以增大功率输出。

（3）平衡式放大器的可靠性高，即使一个放大器损坏，电路仍然可以正常工作，只是增益会下降6dB。

（4）平衡式放大器的稳定性好，由于端口与端口之间不存在反射波，理论上电路是绝对稳定的。

4.负反馈

射频功率放大管的增益随频率的增高而下降，一般情况下，每增加一个倍频程，增益下降约6dB。在窄带电路中，增益随频率的增高而下降的情况可以忽略不计，但在多倍频程电路中，必须考虑对低频增益的压制。

通过输出端到输入端的负反馈可以降低低频端的增益，补偿放大器增益随着频率增加的下降，从而使放大器在整个频带内获得平坦的增益，可以有效的展宽功放的工作频带。

负反馈式放大器分为串联负反馈和并联负反馈

█ 最后的话

射频的学习不再是孤立的器件调试，而是从整体的角度去理解系统，理解器件，理解指标。射频收发系统的指标设计与分解已经200+人加入了，如果你也想提升射频能力，系统的学习射频，学习射频通信，课程介绍戳链接  ，除了课程视频，还有课件PPT，一群一起学习的人，遇到问题解决不了，需要咨询，可以和群友一起讨论，也可以咨询我。

相信能帮助你走的更快、更稳、更远！感兴趣扫码咨询。