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射频电路的阻抗为什么是50Ω(射频阻抗匹配经验)

时间:2023-05-03 06:00:47 阅读:100099 作者:4747

多赫蒂放大器最重要的特点是负载调制,它完美地综合了两个放大器的不对称输出功率。在低功率水平下,只有一个放大器(称为载波放大器)在低功率水平下工作,在相同功率水平下,多赫蒂功率放大器的效率是使用两倍大放大器在相同输出功率水平下获得的效率的两倍。多赫蒂功率放大器的两个放大器(第二个称为峰值放大器)在较高的功率水平下产生功率,由于良好的负载调制特性,载波放大器在该区域工作在峰值效率模式。这个特性提供了调幅信号的有效放大。载波与峰值放大器电流比调制的负载可以自调节,可以实现两种输出功率水平下的峰值效率:当峰值放大器(PA)刚刚开启时,载波放大器(CA)提供第一峰值效率,当两个放大器产生满功率时,多赫蒂放大器在该输出功率水平下处于第二峰值效率点。多赫蒂负载调制的另一个重要特性是放大器的总增益是恒定的,也就是说,它提供线性放大。

负载调制行为:负载阻抗调制

图1.1由电压和电流源驱动的负载调制电路

负载阻抗调制的最简单概念如图1.1所示,其中压控电压源(VCVS)与压控电流源(VCCS)和负载电阻r并联。VCVS看到阻抗Z1由电流I2调制,如下式所示:

将电流I2从零更改为IR=V1/R,将Z1从R更改为。在该电路中,VCCS(压控电流源)调制VCVS(压控电压源)的负载阻抗。在多赫蒂放大器中,用I2调制Z1的能力被适当地用来跟踪放大器的最佳阻抗,以便它即使在退避输出功率水平下也能有效地工作。图1.1中设置的一个重要特征是,整个多赫蒂系统的线性度仅由压控电压源(VCVS)的线性度决定,因为负载两端的电压Vout始终等于V1。因此,只要V1与Vin成线性比例,无论I2的值如何,都可以保证线性。为此,阻抗Z1应通过指定I2对Vin曲线来跟踪给定阻抗曲线和Vin之间的关系。虽然在数学上很容易定义,但在实践中实现给定的I2和Vin曲线可能是一个挑战。

VCVS和VCCS在负载调制技术中发挥了重要作用。前者确保放大器的线性,而后者用作负载调制器件,其I2与Vin的曲线决定了VCVS看到的阻抗Z1。这两个属性对于推导多赫蒂电路配置非常重要。

多赫蒂放大器使用不同的电路拓扑进行负载调制。它由两个放大器(两个电流源)和一个将电流源转换为电压源的阻抗反转网络组成。这个转换放大器叫做载波放大器,另一个电流源放大器叫做峰值放大器。

图1.2多赫蒂放大器工作图

图1.2示出了分析多赫蒂放大器电路的操作图。输出通过阻抗反相器(四分之一波传输线)连接到载波放大器,并直接连接到峰值放大器。在该图中,峰值功率载波和峰值放大器的最佳功率匹配阻抗为R0。当峰值放大器关闭时,由于两个放大器并联,载波放大器的负载变为R0/2。假设器件的输出电容谐振,四分之一波长线的相位延迟在输入端得到补偿。

阻抗变换器的特性阻抗也是R0。Z1’和Z1处载波放大器的负载阻抗如图1.2所示,由以下公式给出:

其中=I2/I1’的等式(1.3)表明,载波放大器的电流源I1看到的负载阻抗由第二电流源I2调制,第二电流源I2是峰值放大器的输出电流。请注意,由于阻抗变化,I1与I1不同。此外,在正常多赫蒂操作中,峰值放大器的电流水平从0变化到I1=Imax,Imax是两个放大器的最大电流,从0变化到1。通常,I1和I2可以处理相同的电流量,也就是说,两个放大器的大小相同。当I2=I1=Imax时,在峰值功率的情况下,Z1是R0,因为在峰值功率的情况下,I1等于I1。当I2=0时,Z1为2R0,I2在0和Imax之间变化,Z1也在两个值之间变化。这是多赫蒂负载调制行为,如图1.3所示。

C所示。

因为电流I2为零,因此峰值放大器提供开路负载直到它导通。在导通之后,阻抗Z2也被类似地调制,其由下式给出:

图1.3 载波和峰值放大器的电流,电压和负载阻抗形状:(A)电流曲线,(B)电压曲线,(C)负载阻抗

负载调制行为也在图1.3C中描述。载波阻抗从2R0调制到R0,峰值阻抗从无穷大调制到R0。在该图中,假设每个电流源与输入电压成线性比例,并且R0等于晶体管的ROPT,即最佳功率匹配电阻。如图1.3A所示,由于峰值放大器的C类偏置,I2在中点导通,并且增加到最大值。由于B类偏压,I1从零栅极电压线性增加。在该操作中,峰值放大器的跨导应该是载波放大器的跨导的两倍,这是由于其输出电压摆幅的一半用于产生最大电流。为了获得两倍大的跨导,峰值放大器应该比载波放大器大两倍。但在这种情况下,只有一半的峰值电流被利用,浪费了功率生成能力。为了解决这个问题,开发了不均匀的驱动技术,将在后面的文章中介绍。

本头条号后面会陆续介绍Doherty放大器的基本结构以及工作行为和原理,敬请关注。

(完)

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