功率合成器课件.ppt

1、 （2）相互无关条件。即相互无关条件。即N个功率放大器彼此是隔离个功率放大器彼此是隔离的。也就是说当任何一个功率放大器损坏时，不影响其的。也就是说当任何一个功率放大器损坏时，不影响其余放大器工作，它们各自仍能够向负载提供自己的额定余放大器工作，它们各自仍能够向负载提供自己的额定功率。功率。 （3）功率相减条件。即当一个或数个功率放大器损功率相减条件。即当一个或数个功率放大器损坏时，负载上所得到的功率虽然下降，但下降要尽可能坏时，负载上所得到的功率虽然下降，但下降要尽可能小。在理想情况下，减少值等于损坏放大器数目小。在理想情况下，减少值等于损坏放大器数目M与额与额定功率定功率 1P的乘积，即的乘

2、积，即M 1P。 图图7.4.1为采为采用用7个功率增益个功率增益为为2，最大输出，最大输出功率为功率为10 W的高的高频功放，利用功频功放，利用功率合成技术，可率合成技术，可以获得以获得40W的功的功率输出。率输出。7.4图7.4.1 功率合成与分配电路框图 其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二合一的功率合成器。很显然，讨论功率合成技术，首合一的功率合成器。很显然，讨论功率合成技术，首先应该讨论功率分配和功率合成网络。先应该讨论功率分配和功率合成网络。7.4 实现理想功率合成的关实现理想功率合成的关键是魔键是魔T型混合网络型混合网络（Hybri

3、d Circuit）。魔）。魔T型型混合网络有四个端点，分别混合网络有四个端点，分别是是A端、端、B端、端、C端和端和D端，端，如图如图7.4.2所示。它的作用是：所示。它的作用是： 1C端为同相功率合成端。当端为同相功率合成端。当A、B两端输入等值两端输入等值而而D D端端负载负载 DR上无功率输出。上无功率输出。 CR上获得两输入功率的合成，上获得两输入功率的合成，同相功率时，同相功率时，C C端负载端负载 图7.4.2 功率合成示意图 D D端为反相功率合成端。当端为反相功率合成端。当A A、B B两端输入等值反两端输入等值反相功率时，相功率时，D D端负载端负载 DR上获得两输入功率的

4、合成，而上获得两输入功率的合成，而C端端负载负载 上无功率输出。上无功率输出。 CR间满足特定关系时，间满足特定关系时，当当C端和端和D端的负载端的负载 DRCR、 A A、B B两输入端彼此隔离。即任一端功率放大器的工作状两输入端彼此隔离。即任一端功率放大器的工作状态变化或损坏时，不会影响另一端功率放大器的工作状态变化或损坏时，不会影响另一端功率放大器的工作状态，并维持其原输出功率。态，并维持其原输出功率。 7.44利用该网络还可实现功率分配的功能。当利用该网络还可实现功率分配的功能。当 ABRR时，加在时，加在D端的功率放大器将其输出功率均等地端的功率放大器将其输出功率均等地输出；加到输出

5、；加到C C端的功率放大器将其输出功率均等地分配端的功率放大器将其输出功率均等地分配给给AR和和 BR且它们之间是同相的，而且它们之间是同相的，而D端无功率输出。端无功率输出。 7.4，且它们之间是反相的，而，且它们之间是反相的，而C端无功率端无功率AR和和 BR分配给分配给7.4.1 魔魔T网络网络 利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器器和功率合成器, 且具有频带宽、且具有频带宽、 结构简单、插入损结构简单、插入损耗小等优点耗小等优点, 然后可进一步组成宽频带大功率高频功放然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。电路。 图图7.

6、4.3所示的网所示的网络就具有上述特性，它络就具有上述特性，它既可以作功率分配，又既可以作功率分配，又可作功率合成，因此称可作功率合成，因此称之为魔之为魔T网络。网络。 7.4.1图7.4.3 魔T网络 魔魔T网络由网络由4：1传传输线变压器和相应的输线变压器和相应的AO、BO、CO、DD四四条臂组成，其中条臂组成，其中DD臂臂是平衡臂，臂的两端均是平衡臂，臂的两端均不接地。不接地。 传输线变压器的特性阻抗传输线变压器的特性阻抗 CZ和每条臂上的阻值（负载和每条臂上的阻值（负载电阻或信号源内阻）满足以下关系：电阻或信号源内阻）满足以下关系： ABCRRZR12CRR2DRR一魔一魔T T网络的

7、结构特点网络的结构特点图7.4.3 魔T网络 当当 AO、BO上接有相同的信号源，上接有相同的信号源， abVVV且内阻为且内阻为R R，见图，见图7.4.47.4.4所示。设各臂的电流方所示。设各臂的电流方向如图示，则有向如图示，则有7.4.1二魔二魔T T网络的功能网络的功能1 1功率合成功率合成图7.4.4 功率合成网络 adIIIbdIII将上面两式相加或相减，分别得到将上面两式相加或相减，分别得到 2abcIIII及及 1()2dabIII 设设AO、BO两臂的两臂的信号源的正负极性如图信号源的正负极性如图7.4.4（a）所示，称之）所示，称之为同相源，则此时电流为同相源，则此时电流

8、 aI、 bI为正。为正。 7.4.1图7.4.4 功率合成网络 由于电路对称，所以由于电路对称，所以 abII，则，则 22cabIII， 0dI 可将电路等效为图可将电路等效为图7.4.4（b）所示。）所示。CO臂上的臂上的 2R可以可以看作两个电阻看作两个电阻R的并联，所以的并联，所以AO、BO两支路上的信号两支路上的信号AOaPI VBObPI V22COcabAOBOPI VI VI VPP源均工作于匹配状态，输出额定功率源均工作于匹配状态，输出额定功率图图7.4.4（b） 鉴于鉴于AOAO、BOBO为同相源，为同相源，故称为同相功率合成。故称为同相功率合成。 当当AO、BO两臂的信

9、号源为反相源时，即两臂的信号源为反相源时，即 abVVV 20cII传输线上无电传输线上无电流，可将其开流，可将其开路。路。则则 为负，因此为负，因此 bI图7.4.4 功率合成网络 AO、BO两臂上的两信两臂上的两信号源工作于匹配状态，号源工作于匹配状态，它们的输出功率为它们的输出功率为 AOaPI VBObPI V在在 DD臂上得到合成功率，臂上得到合成功率，输出功率为输出功率为 222DOdddabAOBOPV IVIVIVIPP鉴于鉴于AO、BO为反相源，故称为反相功率合成。为反相源，故称为反相功率合成。 得到图得到图7.4.4（C）所示等效电路。）所示等效电路。 dabIII2dVV

10、， 图图7.4.4（C） 若信号源接若信号源接在在CO臂，见图臂，见图7.4.5（a）。其输）。其输出功率同相地（见出功率同相地（见图中图中 aI、 bI平均分配给平均分配给AOAO、BOBO臂上的负载臂上的负载，DD臂上无电流。即臂上无电流。即CO臂与臂与DD臂相互隔离。臂相互隔离。7.4.12 2功率分配功率分配图7.4.5 同相功率分配 同相分配：同相分配：方向，均流向地）方向，均流向地）由电路可知，由电路可知，时，电路对称，时，电路对称， 0dI ， 0DP ，D端无输出。而又已知传输线变压器的端无输出。而又已知传输线变压器的始端电压与终端电压相等，即始端电压与终端电压相等，即 cab

11、cVVabVV，因而，因而 图7.4.5 同相功率分配 ABRRR当当所以有所以有 0babccaVVVV因此必有因此必有 0cabcVVA、B、C三个点短路，得到图三个点短路，得到图7.4.5（b）电路。可见在）电路。可见在规定的各臂阻值条件下，信号源与负载匹配，规定的各臂阻值条件下，信号源与负载匹配， 22cababIIIIICO臂上信号源输出额定功率臂上信号源输出额定功率 22CcabPI VI VI V而而AO、BO上获得地同相等功率信号上获得地同相等功率信号 2142SAOBOabCVPPI VI VPR图7.4.5 同相功率分配 7.4.1传输线上无电压。传输线上无电压。可将传输线

12、变压器的可将传输线变压器的信号源接在信号源接在DD臂，见图臂，见图7.4.6。其输出功率。其输出功率上的负载，上的负载，CO臂上无电流。臂上无电流。 7.4.1图7.4.6 反相功率分配 aIbI、 方向方向分配给分配给AO、BO臂臂反相地反相地 见图见图7.4.67.4.6（a a）中）中反相分配：反相分配： 由电路由电路可知，当可知，当 ABRRR时，由于电路时，由于电路对称，必有对称，必有 COVV， 0CI ， 0CP 得图得图7.4.6（b）等效电路。由图知，）等效电路。由图知， abdIII可见在规定的各臂阻值下，信可见在规定的各臂阻值下，信号源与负载匹配。信号源输出号源与负载匹配

13、。信号源输出的额定功率的额定功率 DdPI VAO、BO上获得反相等功率输出。上获得反相等功率输出。1222AOBOabDVVPPIIP7.4.1C端无输出。由于传输线上两端无输出。由于传输线上两电流相等，因此有电流相等，因此有 0CIII，传输线上无电流。可将传输线开路，传输线上无电流。可将传输线开路， 图7.4.6 反相功率分配 7.4.2 7.4.2 功率合成电路介绍功率合成电路介绍 图图7.4.7是典型的反相功率合成原理电路。是典型的反相功率合成原理电路。 图7.4.7 反相功率合成电路举例 7.4.1内阻为内阻为 20SR 的信号源，以单端输入方式送入，经的信号源，以单端输入方式送入

14、，经 1rT转换，将不平衡转变为平衡端，送入魔转换，将不平衡转变为平衡端，送入魔T网络网络 2rT的平衡臂的平衡臂DD端，实现反相功率分配。由于两晶体管的输入电阻为端，实现反相功率分配。由于两晶体管的输入电阻为 2.5iR ， 3rT和和 4rT两个两个4:1阻抗变换器将阻抗变换器将 sR变换为晶体变换为晶体管的匹配电阻。晶体管的输出最佳负载电阻为管的匹配电阻。晶体管的输出最佳负载电阻为 25oR 由于两放大器工作在乙类推挽状态，轮流导通，由于两放大器工作在乙类推挽状态，轮流导通，它们将两个等值反相的等功率信号放大后，利用魔它们将两个等值反相的等功率信号放大后，利用魔T网网络络 5rT实实现反

15、相合成。现反相合成。 7.4.16rT作为平衡转换为不平衡网络，将合成后的功率作为平衡转换为不平衡网络，将合成后的功率各传输线变压器的特性阻抗应为各传输线变压器的特性阻抗应为 120CZ210CZ345CCZZ 525CZ650CZ信号以单端形式送至负载（信号以单端形式送至负载（ ）天线。其中）天线。其中50Ar 反相功率合成电路的优点是：输出没有偶次谐波，反相功率合成电路的优点是：输出没有偶次谐波，因此失真较小；输入电阻比单边工作时高，因而引线电因此失真较小；输入电阻比单边工作时高，因而引线电感的影响减小。感的影响减小。 图7.4.8 同相功率合成电路举例 图图7.4.8表示一个典型的同相功

16、率合成器电路，图中表示一个典型的同相功率合成器电路，图中 1rT7.4.11rT6rT为魔为魔T混合网络。混合网络。 同相功率分配网络，它的作用是同相功率分配网络，它的作用是将将C端的输入功率平均分配，供给端的输入功率平均分配，供给A端与端与B端同相激励端同相激励功率。功率。为同相功率合成网络，它的作用是将两个晶体为同相功率合成网络，它的作用是将两个晶体6rT管输至管输至 A、B两端的功率在两端的功率在C端合成，供给负载。端合成，供给负载。 3rT4rT5rT2rT与与 、 、 分别为分别为4:1 与与1：4阻抗变换器，它阻抗变换器，它们的作用是完成阻抗匹配。晶体管发射极接入们的作用是完成阻抗匹配。晶体管发射极接入1.1 的负反馈电阻，用来提高晶体管的输入阻抗。各基极串的负反馈电阻，用来提高晶体管的输入阻抗。各基极串7.4.1