专利名称：一种容性负载的宽带功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大器，尤其涉及一种容性负载的宽带功率放大器，属于通信技术领域。
背景技术：
数字通信技术的发展，使得功率放大器的运用越来越广泛。但是一般的高功率放大器会因为非线性的影响产生频谱再生效应，因此，在高功率放大器的基础上必须对其进行线性化处理，这就称为线性功率放大器，它可以较好地解决信号的频谱再生和EVM (误差矢量幅值)问题。
线性功率放大器具有稳定性好、线性度高的特点，在很多高精度、高要求的场合被应用，例如压电材料的驱动、光谱仪、光电管、微机电、纳米工程等方面。当功率放大器作为压电材料的驱动器，特别是用于激励压电陶瓷、压电晶体等容性负载时，为了得到较好的动态性能，还要求功率放大器具有很强的电流驱动能力。现有的容性负载的驱动功率放大器如图I所示，包括功率放大器101，反馈电路102，容性负载103。通常作为容性负载驱动器的功率放大器，只是被要求工作在几十KHz，甚至是几Hz，带宽也很窄，然而其并不适用于高频工作。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种容性负载的宽带功率放大器，本发明放大器的驱动工作频率为20 100MHz，电容值为5pf的容性负载晶体。本发明的技术方案为—种容性负载的宽带功率放大器，其特征在于包括一宽带线性功率放大器201，所述宽带线性功率放大器201输入、输出端之间连接一宽带反馈电路202，所述宽带线性功率放大器201的输出端与一匹配电路203连接；所述匹配电路203输出端分别与一匹配电阻
205、一匹配电阻204连接；所述匹配电阻205另一端与一容性负载206连接；所述容性负载206、匹配电阻204的另一端分别与地线连接；其中，所述匹配电阻204、匹配电阻205是与容性负载206匹配的电阻，使容性负载206的输入阻抗能与宽带线性功率放大器201的输出阻抗相匹配。进一步的，所述匹配电路203为所述宽带线性功率放大器201的输出匹配电路，用于将宽带线性功率放大器201的输出阻抗匹配到最佳匹配值。进一步的，所述最佳匹配值为50欧姆。进一步的，所述匹配电路203包括多个匹配电容、多个匹配电阻、一匹配电感；其中，信号输入端经一第一匹配电容分别与一第二匹配电容、所述匹配电感的一端连接；所述匹配电感的另一端分别与一第三匹配电容、第四匹配电容的一端连接；所述第三匹配电容的另一端分别与一第五匹配电容、第一匹配电阻的一端连接；所述第一匹配电阻的另一端分别与一第二匹配电阻、一第三匹配电阻的一端连接；所述第二匹配电阻的另一端与一第六匹配电容一端连接，所述第六匹配电容另一端分别与一第七匹配电容、第八匹配电容的一端连接，所述第八匹配电容的另一端作为信号输出端；所述第二匹配电容、第四匹配电容、第五匹配电容、第七匹配电容、第三匹配电阻的另一端分别与地线连接。进一步的，所述匹配电阻205为一匹配电缆，其中，匹配电缆长度为传输信号波长的四分之一。进一步的，所述宽带反馈电路包括依次串联的一电感301、一电容302和一电阻303 ;其中，所述电感301的一端与所述宽带线性功率放大器201的输入端连接，所述电阻303的一端与所述宽带线性功率放大器201的输出端连接。进一步的，所述电容302的电容值取值为1ΚΩ 3ΚΩ。
进一步的，所述宽带线性功率放大器201为频率在20 IOOMHz的线性功率放大器。进一步的，所述容性负载206为容性负载晶体。进一步的，所述容性负载晶体206的电容值为5pf。本发明的系统如图2所示，其可在全频带内输出电压为150V，其包括宽带线性功率放大器201，宽带反馈电路202，匹配电路203，匹配电阻204，匹配电缆205，容性负载晶体
206。所述宽带线性功率放大器201，即为频率是20 IOOMHz的线性功率放大器，其作为容性负载的驱动器，具有工作频率高、工作频段宽、输出电压高的优点。所述宽带反馈电路202，即将放大器输出信号的一部分反馈回放大器输入端与输入信号进行比较，并用比较所得的有效输入信号去控制输出，本发明采用的是负反馈电路，如图3，其主要由一个电容302、一个电感301和一个电阻303组成，其中电感301与宽带线性功率放大器201的输入端连接，电阻303与宽带线性功率放大器201的输出端连接。所述匹配电路203，为功率放大器的输出匹配电路，其主要目的是将功率放大器的输出阻抗匹配到最佳匹配值(此最佳匹配值为50 Ω，是通信行业的标准值，是最小损耗和最大输出的折中值，匹配到此值时性能最佳)，使得输出性能达到最优，并能与容性负载相匹配，实现最大的功率输出。如图4为本发明的匹配电路。其包括匹配电容401，匹配电阻402，匹配电感403。所述匹配电阻204、匹配电缆205，是与容性负载晶体206匹配的电阻，使得容性负载的输入阻抗能与功率放大器的输出阻抗相匹配，同时匹配电阻204还起到增加工作频率带宽的作用。所述容性负载晶体206，其电容值为5pf，其工作频率为20 IOOMHz。本发明所述的容性负载的宽带功率放大器，驱动一个5pf的容性负载晶体，功率放大器的工作频率为20 IOOMHz，输出电压为150V，输出功率为50W。与现有技术相比，本发明的积极效果为本发明大大提高了容性负载放大器的工作频率，扩大了使用带宽，提高了输出电压、功率，本发明虽然以5pf电容值的容性负载为例进行描述，但是本发明不只适用于5pf电容值的容性负载，可使用于多种容性负载，其结构原理都是相通的。说明书附I现有的容性负载驱动放大器示意101-功率放大器，102-反馈电路，103-容性负载；图2本发明的系统示意图；201-宽带线性功率放大器，202-宽带反馈电路，203-匹配电路，204-匹配电阻，205-匹配电缆，206-容性负载晶体；图3反馈电路图；301-电感，302-电容，303-电阻，图4匹配电路图；401-匹配电容，402-匹配电阻,403-匹配电感。
具体实施例方式本发明具体实施方式
如下信号经过功率放大器放大后，从功率放大器输出端输出，其中一部分通过宽带反馈电路反馈回功率放大器的输入端，并与输入信号进行比较后，将得到的有效输入信号输入功率放大器中，以此起到控制功率放大器输出信号的作用。反馈电路的主要作用就是稳定静态工作点、稳定放大倍数、提高输入电阻、降低输出电阻以及扩展通频带，采用的元器件为电阻、电感和电容。由于一般的宽带功率放大器的增益均存在低频大、高频小的问题，故反馈电路中采用容量值较小的电容，起到了阻低频、通高频的作用，即补偿高频信号的衰减，使得整个通频带的增益平坦，稳定放大倍数，电容302的电容值一般选取为IKΩ到3ΚΩ之间，但有时也会根据具体情况有调整。电感通常起到通低频，阻高频的作用，可以用其来扩展低频段，因此在功率放大器的具体调试过程中，选择合适的电感和电容搭配，可以很好的扩展整个通频段，其中电容一般在IKΩ到3ΚΩ，电感具体调试的时候比较时确定。通过调整电阻值可以控制反馈回输入端的信号。匹配电路的作用是将功率放大器的输出阻抗匹配到50Ω，使得输出性能达到最优，并能与后面的元器件相匹配，实现最大的功率输出，在本方案中的匹配电路还使得整个通带内的输出电压在150V。匹配电阻的作用类似于功率放大器的匹配电路，它的作用是使得容性负载的输入阻抗能与功率放大器的输出阻抗相匹配。从理论上纯容性负载是无法匹配到50 Ω的，虽然连接匹配电路或容性负载的电缆能提供一定的电阻的作用，但那也仅仅是理论上可匹配，实际应用时会发现很难只是依靠电缆就将容性负载匹配到50 Ω。当然除了本发明中应用到的并联电阻的方法来匹配容性负载，还可以采用串联电阻和串联电感的方法，但是串联电阻会降低链路上的电压，使得输出电压无法达到150V ;用电感和容性负载产生谐振虽然也能起到匹配的作用，但是电感会限制带宽。
在实际应用过程中发现不同的匹配电缆长度对系统的影响很大，当电缆长度为系统中传输的信号波长四分之一时，系统的输出稳定且达到指标，因此系统配备了多个长度的电缆对应不同的波长，其起到宽带匹配器的作用。在系统调试过程中发现，当将匹配电路、匹配电阻和匹配电缆各自调试到最佳状态后加入系统中，系统并不能达到所要频段的最佳输出，本发明将三者同时加入系统中，并统一进行调试，使系统达到驱动一个5pf的容性负载晶体，功率放大器的工作频率为20 100MHz，输出电压为150V， 输出功率为50W。
权利要求
1.一种容性负载的宽带功率放大器，其特征在于包括一宽带线性功率放大器(201)，所述宽带线性功率放大器(201)输入、输出端之间连接一宽带反馈电路(202)，所述宽带线性功率放大器(201)的输出端与一匹配电路(203)连接；所述匹配电路(203)输出端分别与一匹配电阻(205)、一匹配电阻(204)连接；所述匹配电阻(205)另一端与一容性负载(206)连接；所述容性负载(206)、匹配电阻(204)的另一端分别与地线连接；其中，所述匹配电阻(204)、匹配电阻(205)是与容性负载(206)匹配的电阻，使容性负载(206)的输入阻抗能与宽带线性功率放大器(201)的输出阻抗相匹配。
2.如权利要求I所述的宽带功率放大器，其特征在于所述匹配电路(203)为所述宽带 线性功率放大器(201)的输出匹配电路，用于将宽带线性功率放大器(201)的输出阻抗匹配到最佳匹配值。
3.如权利要求2所述的宽带功率放大器，其特征在于所述最佳匹配值为50欧姆。
4.如权利要求I或2或3所述的宽带功率放大器，其特征在于所述匹配电路(203)包括多个匹配电容、多个匹配电阻、一匹配电感；其中，信号输入端经一第一匹配电容分别与一第二匹配电容、所述匹配电感的一端连接；所述匹配电感的另一端分别与一第三匹配电容、第四匹配电容的一端连接；所述第三匹配电容的另一端分别与一第五匹配电容、第一匹配电阻的一端连接；所述第一匹配电阻的另一端分别与一第二匹配电阻、一第三匹配电阻的一端连接；所述第二匹配电阻的另一端与一第六匹配电容一端连接，所述第六匹配电容另一端分别与一第七匹配电容、第八匹配电容的一端连接，所述第八匹配电容的另一端作为信号输出端；所述第二匹配电容、第四匹配电容、第五匹配电容、第七匹配电容、第三匹配电阻的另一端分别与地线连接。
5.如权利要求I所述的宽带功率放大器，其特征在于所述匹配电阻(205)为一匹配电缆，其中，匹配电缆长度为传输信号波长的四分之一。
6.如权利要求I所述的宽带功率放大器，其特征在于所述宽带反馈电路包括依次串联的一电感(301)、一电容(302)和一电阻(303);其中，所述电感(301)的一端与所述宽带线性功率放大器(201)的输入端连接，所述电阻(303)的一端与所述宽带线性功率放大器(201)的输出端连接。
7.如权利要求6所述的宽带线性功率放大器，其特征在于所述电容(302)的电容值取值为IK Ω 3ΚΩ。
8.如权利要求I所述的宽带功率放大器，其特征在于所述宽带线性功率放大器(201)为频率在20 IOOMHz的线性功率放大器。
9.如权利要求I所述的宽带功率放大器，其特征在于所述容性负载(206)为容性负载晶体。
10.如权利要求9所述的宽带功率放大器，其特征在于所述容性负载晶体(206)的电容值为5pf。
全文摘要
本发明公开了一种容性负载的宽带功率放大器，属于通信技术领域。本宽带功率放大器包括一宽带线性功率放大器201，其输入输出端之间连接一宽带反馈电路202，宽带线性功率放大器201输出端与一匹配电路203连接；匹配电路203输出端分别与一匹配电阻205、一匹配电阻204连接；匹配电阻205另一端与一容性负载206连接；容性负载206、匹配电阻204的另一端分别与地线连接；其中，所述匹配电阻204、匹配电阻205是与容性负载206匹配的电阻，使容性负载206的输入阻抗能与宽带线性功率放大器201的输出阻抗相匹配。与现有技术相比，本发明大大提高了容性负载放大器的工作频率和使用带宽，提高了输出电压、功率。
文档编号H03F3/20GK102647161SQ20121012309
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者周曙煜, 郭进 申请人:北京琅拓科电子设备有限公司