CN201414113Y - 一种射频推挽功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种射频推挽功率放大器，属于射频电路技术领域，包括推挽功率晶体管、输入、输出匹配网络，以及供电偏置电路四部分；输出匹配网络包括输出巴伦阻抗变换器及输出匹配电路；输出巴伦阻抗变换器包括平行重叠接触并水平安装在印制电路板上的一根U形同轴电缆和两根相同的直段同轴电缆，还包括两根相互绝缘的导线，两根导线将U形同轴电缆的内导体与直段同轴电缆的内导体连成一根导体；U形同轴电缆两个端头的外导体为两个低阻平衡端口；两根直段同轴电缆的一个端头的内导体接地，另一个为高阻不平衡端口；U形同轴电缆外导体的中点接直流电源且通过电容射频接地。本实用新型结构对称，占用空间小、加工方便、复制性好，电性能有很大改善。

Description

一种射频推挽功率放大器

技术领域

本实用新型属于射频电路技术领域，特别涉及射频推挽功率放大器的设计。

背景技术

射频推挽功率放大器广泛用于通讯、广播、雷达、工业加工、医疗仪器和科学研究等领域。射频高功率放大器普遍采用推挽形式。射频推挽功率放大器由推挽功率晶体管、与推挽功率晶体管相连的输入匹配网络、输出匹配网络和供电偏置电路四部分组成，如图1所示，其中，推挽功率晶体管直接安装在金属散热器表面，输入匹配网络、输出匹配网络和供电偏置电路制作在印刷电路板上，供电偏置电路与外部直流电源相连，这些印刷电路板安装在与推挽功率晶体管同一个金属散热器表面。输入匹配网络用于将高阻不平衡的射频输入信号转换成低阻平衡信号并尽可能无反射地、高效地和宽带均衡地输送到推挽功率晶体管的输入端；推挽功率晶体管用于将输入匹配网络输入的射频信号进行放大并送到输出匹配网络；输出匹配网络用于将推挽功率晶体管放大后的低阻平衡射频信号转换成高阻不平衡信号并尽可能高效地和宽带均衡地输送到射频推挽功率放大器的输出端；供电偏置电路分别通过输入匹配网络为推挽功率晶体管的栅极供电，通过输出匹配网络为为推挽功率晶体管的漏极供电。

输入匹配网络和输出匹配网络均包括巴伦阻抗变换器(Balance to UnbalanceTransformer，简称Balun Transformer)及一些相互连接的微带线、电容、电阻(如有必要)和电感等匹配元件构成的匹配电路。输入匹配网络中的巴伦阻抗变换器将高阻的不平衡信号转换为低阻的平衡(或称差分)信号，并送到射频功率晶体管的输入端。输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器将射频功率晶体管输出的低阻平衡(或称差分)信号转换为高阻的不平衡信号，并送到射频推挽功率放大器的输出端。输入输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器根据不同的射频推挽功率放大器需要可以设计成不同的阻抗变换比，如4∶1、9∶1、16∶1等。输入、输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器可以采用相同的结构，也可以采用不同的结构。与输入匹配网络中的巴伦阻抗变换器相比，输出匹配网络中的巴伦阻抗变换器要求能够承受更高的功率，一般采用同轴电缆来实现，而输入匹配网络中的巴伦阻抗变换器要求承受的功率较小，可以采用较细的同轴电缆或其它结构来实现。

射频推挽功率放大器的主要电气性能如输出功率、效率和谐波抑制以及结构指标(如大小和重量)在很大程度上取决于所用巴伦阻抗变换器以及匹配电路和供电偏置电路的设计，包括巴伦阻抗变换器和匹配元件类型的选择，网络拓扑结构的安排和元件参数的优化，特别是，巴伦阻抗变换器以及匹配电路的结构对称性对推挽功率放大器的推挽工作状态影响很大。

已有的一种射频推挽功率放大器采用的巴伦阻抗变换器的原理结构如图2所示，它分为巴伦(Balance to Unbalance)和阻抗变换器独立的两部分，由一根同轴电缆21构成巴伦实现不平衡到平衡的转换，由两根相同长度的同轴电缆22、23构成阻抗变换器实现平衡高阻到平衡低阻的变换。同轴电缆21输入端211的内导体为不平衡端口，外导体接地；同轴电缆21输出端212的内导体和外导体分别接同轴电缆22、23的输入端221、231的两个内导体，同轴电缆12、13的输入端121、131的两个外导体直接相连。同轴电缆12输出端222的内导体与同轴电缆23输出端232的外导体相连，作为一个低阻平衡端口；同轴电缆13输出端132的内导体与同轴电缆12输出端122的外导体相连，作为另一个低阻平衡端口。这种巴伦阻抗变换器的同轴电缆21和同轴电缆22、23的长度一般比较长(通常为1/4波长)，每一根同轴电缆均制成螺旋线圈立在印制电路板上。这种巴伦阻抗变换器的性能与同轴电缆螺旋线圈的形状和空间位置紧密相关，复制性差，且占用空间大，结构不紧凑；同轴电缆用得多，成本高。

已有的射频推挽功率放大器采用的另一种巴伦阻抗变换器的原理结构如图3所示，它由一根水平安装在印制电路板上的密绕成两圈的同轴电缆31构成，下层同轴电缆圈与线路板相接。该同轴电缆的两端在同一方向，其中一端311的内导体为高阻不平衡端口，另一端312的内导体接地；在该同轴电缆两端相反方向层叠的两圈剥去相同长度的外导体，只留下介质层315和内导体(图中的虚线所示)。两圈同轴电缆外导体的接触部位焊接连在一起。剥去部分外导体后出现的两个外导体端头313、314为两个低阻平衡端口。不平衡端口方向上的一段U形同轴电缆的中点316接直流电源并通过电容射频接地。

这种巴伦阻抗变换器用一根水平安装在印制电路板上的密绕成两圈的同轴电缆同时完成了平衡到不平衡和高阻到低阻的变换。这根同轴电缆的内导体绕了两圈，一端接不平衡信号，另一端接地，为巴伦阻抗变换器的初级线圈，圈数为2；两圈同轴电缆的外导体焊接连在一起，外导体的两端为两个平衡端口。仅从外导体看，它变成了一圈，为巴伦阻抗变换器的次级线圈，圈数为1。外导体的中点通过电容射频接地。从原理上讲，这个射频接地点必须是次级线圈的电气中点，才能保证两个平衡端口的信号幅度相同而相位相反。由于这种巴伦阻抗变换器中同轴电缆的外导体的结构并不严格对称，其U形部分与其下方的线路板不平行，从电磁场的分布来看，外导体结构上的中点并不是其电气上的中点。其电气上的中点很难确定，而且由于等效为次级线圈的外导体相对较短，电气中点的位置更敏感。

与图2所示的巴伦阻抗变换器相比，这种结构占用空间小，结构紧凑。但这种巴伦阻抗变换器的结构并不完全对称，不平衡输入口方向上的U形同轴电缆段316与印制电路板不平行，它的中点很难确定，这会恶化巴伦阻抗变换器平衡端口信号的幅度平衡和相位反相性能，从而影响射频推挽功率放大器的技术特性；这种巴伦阻抗变换器的同轴电缆有两段要剥去外导体，然后密绕两圈，加工困难，复制性不好。

基于已有巴伦阻抗变换器组成的射频推挽功率放大器存在尺寸较大，加工困难，复制性不好等问题，射频推挽功率放大器的电特性还有待进一步提高。

发明内容

本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种新结构的射频推挽功率放大器，本实用新型主要特点是对输出巴伦阻抗变换器进行了优化设计，使整个射频推挽功率放大器不但结构紧凑、占用空间小、加工方便、复制性好；而且本实用新型还进一步对输入巴伦阻抗变换器以及匹配电路的组成结构进行对称性的设计，从而使其电性能得到很大改善。

本实用新型提出的一种射频推挽功率放大器，包括推挽功率晶体管、分别与该推挽功率晶体管相连的输入匹配网络、输出匹配网络，以及分别通过输入匹配网络、输出匹配网络给推挽功率晶体管供电的供电偏置电路四部分；该供电偏置电路与外部直流电源相连；所述输入匹配网络、输出匹配网络和供电偏置电路制作在印刷电路板上，该印刷电路板安装在一个金属散热器表面上并与该金属散热器相接触；所述推挽功率晶体管直接安装在该金属散热器表面上并与该金属散热器相接触；所述输入匹配网络包括输入巴伦阻抗变换器及输入匹配电路；所述输出匹配网络包括输出巴伦阻抗变换器及输出匹配电路；其特征在于，所述输出巴伦阻抗变换器包括一组同轴电缆，该组同轴电缆包括一根U形同轴电缆和两根长度相同的直段同轴电缆，该两根直段同轴电缆水平安装在所述印制电路板上；所述U形同轴电缆水平层叠在两根直段同轴电缆上方，该U形同轴电缆的两直线段的外导体分别与所述两根直段同轴电缆的外导体平行重叠接触，并且至少相互接触的两端头部位焊接相连；所述U形同轴电缆的两个端头的内导体分别与相对侧的直段同轴电缆端头的内导体相连接(使U形同轴电缆的内导体与直段同轴电缆的内导体连接成一根导体)；所述U形同轴电缆的两个端头的外导体(也是与其同向的两根直段同轴电缆的两个端头的外导体)为两个低阻平衡端口；该两根直段同轴电缆的另外两个端头中的一个内导体接地，另一个内导体作为高阻不平衡端口；该U形同轴电缆外导体的中点接直流电源且通过电容射频接地。

所述输出巴伦阻抗变换器还包括两根相互绝缘的导线，所述每根导线将该U形同轴电缆的一个端头的内导体与对侧的直段同轴电缆端头的内导体相连接。

上述两根相互绝缘的导线可以采用两根外包裹绝缘层的或由空气绝缘的金属连接线或金属连接片；也可采用一块双面印制电路板，在该双面印制电路板的两个表面分别印制一根金属导带，并将U形同轴电缆端头、直段同轴电缆端头的内导体焊接在该双面印制电路板相应的金属导带两端。

本实用新型中的输出巴伦阻抗变换器的U形同轴电缆根数与阻抗变换比相关，1根对应阻抗变换比为4∶1，2根对应阻抗变换比为9∶1，3根对应阻抗变换比为16∶1，等等。根数的变化，不改变上述巴伦阻抗变换器的基本结构特征，只是在原有的U形同轴电缆上面重叠一根或多根形状相同、尺寸相同的U形同轴电缆，并且每增加一根U形同轴电缆的同时，增加一条金属连接线，并使增加的U形同轴电缆的内导体与原有的U形同轴电缆的内导体和直段同轴电缆的内导体一起连接成一根导体。

本实用新型可将上述输出巴伦阻抗变换器下对应部位的印制电路板的两面覆铜层去除，也可以将该部位的印制电路板去除；还可将该部位印制电路板相接触的金属散热器表面去除一层，使所述输出巴伦阻抗变换器与金属散热器之间增加一个空气介质层。

本实用新型设计的输入巴伦阻抗变换器可包括一组同轴电缆和一个铁氧体双孔磁柱，所述一组同轴电缆包括一根U形同轴电缆和两根相同的直段同轴电缆，该两根直段同轴电缆分别穿过铁氧体双孔磁柱水平的两个孔；U形同轴电缆的两个直段部分同样穿过该铁氧体双孔磁柱的这两个孔并水平地重叠在所述两直段同轴电缆的上方，该U形同轴电缆的两直线段的外导体分别与两根直段同轴电缆的外导体相互接触，并且至少U形同轴电缆的两端头外导体分别与两根直段同轴电缆相接触的两端头外导体焊接在一起；所述U形同轴电缆两端头内导体与相对侧的直段同轴电缆端头的内导体相连；该U形同轴电缆的两个端头的外导体为两个低阻平衡输出端口；一个直段同轴电缆的另外一个端头的内导体接地，另一个直段同轴电缆的另外一个端头的内导体作为高阻不平衡输入端口；U形同轴电缆外导体的中点通过电阻接直流电源且通过电容射频接地。

本实用新型设计的另一种输入巴伦阻抗变换器可包括一组扭绞线和一个铁氧体双孔磁环，所述扭绞线包括三根长度相同的漆包线，它们扭绞在一起依次穿过铁氧体双孔磁环的水平的两个孔；第一根漆包线的一端与第二根漆包线的对侧的一端焊接连在一起，第一根漆包线的另一端作为输入巴伦阻抗变换器的高阻不平衡输入端口，第二根漆包线的另一端接地；第三根漆包线的两个端头作为两个低阻平衡输出端口。

本实用新型的特点及有益效果：

本实用新型的射频推挽功率放大器的重要技术特征在于输出巴伦阻抗变换器采用一组同轴电缆不但同时完成了平衡到不平衡和高阻到低阻的变换，而且所有同轴电缆均平行安装在印制电路板上，占用高度小，结构对称紧凑；易于精密加工，复制性好，便于大批量生产，降低成本；从而会使射频推挽功率放大器的效率和偶次谐波抑制性能得到提高。

另外，本实用新型在输出巴伦阻抗变换器下层同轴电缆外导体与其下方的散热器坑底部金属面之间形成一种特性阻抗很高的等效微带传输线，可使输出巴伦阻抗变换器的性能以致使射频推挽功率放大器的性能得到进一步改善。

本实用新型进一步设计了两种结构对称的输入巴伦阻抗变换器，并对输入输出巴伦阻抗变换器相应的匹配电路元件进行了对称性的设置，使整个放大器尺寸更小，性能更好。

附图说明

图1为射频推挽功率放大器的原理结构示意图。

图2为已有的一种4∶1巴伦阻抗变换器的原理结构示意图。

图3为已有的另一种4∶1巴伦阻抗变换器的结构示意图。

图4为本实用新型的射频推挽功率放大器实施例1电路原理示意图。

图5为实施例1的输出巴伦阻抗变换器结构示意图。

图6为实施例1的输出巴伦阻抗变换器安装结构示意图。

图7为实施例1的输入巴伦阻抗变换器结构示意图。

图8为本实用新型的射频推挽功率放大器实施例2电路原理示意图。

图9为实施例2的输入巴伦阻抗变换器结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提出的一种射频推挽功率放大器结合附图及实施例详细说明如下：

本实用新型提出的射频推挽功率放大器，如图4、图8所示，它包括输入匹配网络1、推挽射频功率晶体管2、输出匹配网络3和供电偏置电路4。其中，推挽功率晶体管、分别与输入匹配网络和输出匹配网络相连，供电偏置电路分别通过与其相连的输入匹配网络、输出匹配网络给推挽功率晶体管供电；该供电偏置电路与外部直流电源相连；所述输入匹配网络、输出匹配网络和供电偏置电路制作在印刷电路板上，该印刷电路板和推挽功率晶体管2安装在同一个金属散热器表面上并与该金属散热器相接触；所述推挽功率晶体管直接安装在该金属散热器表面上并与该金属散热器相接触。

本实用新型的上述各组成部分的两种实施例结构如图4、图8的各虚线框中所示，图4与图8分别示出了本实用新型设计的两种不同实施例结构的输入匹配网络1(包括两种不同结构的输入巴伦阻抗变换器T11及其相应的输入匹配电路)，但本实用新型不限制采用其它已知的输入匹配网络；图4、图9中的其余三个部分均示出一种同样的实施例结构，实际上，本实用新型的推挽射频功率晶体管2可采用能够购买到的各种射频功率晶体管，供电偏置电路4可采用任何一种能与其它部分相匹配的成熟的常规电路；输出匹配网络3中的输出巴伦阻抗变换器为本实用新型的主要关键技术特征，输出匹配网络3中的输出匹配电路也为常规电路，本实用新型给出一种具体输出匹配电路实施例，但不限制采用已知技术设计出的其它的相应输出匹配电路。下面分别进行详细说明：

本实用新型的射频推挽功率放大器实施例1的组成结构如图4各虚线框中所示，其中，本实施例的供电偏置电路4包括由电容C12、C13和C14构成的供电输入滤波器、漏极供电射频扼流电感L2、限流降压电阻R5、由稳压块Q1(MC7805)和电容C10及C11构成的稳压电路、由二极管D1、电阻R1及R2、电容C5和C6构成的温度补偿电路和栅极电压调节电位器P1；其中，供电输入滤波器、漏极供电射频扼流电感L2、限流降压电阻R5、稳压电路、栅极电压调节电位器P1和温度补偿电路依次相连；外部直流电压VDC与供电输入滤波器的输入端相连。

本实施例的推挽射频功率晶体管2可由封装在一个管壳中的两个横向扩散场效应晶体管(LDMOS)管芯构成，它有两个栅极G1和G2以及两个漏极D1和D2；其中，两个栅极G1和G2分别与输入匹配网络的两个平衡输出端相连，两个漏极D1和D2分别与输出匹配网络的两个平衡输入端相连。

本实施例的输出匹配网络3包括由微带线S41、S42、S51及S52，电容C7及C8组成的平衡型匹配段、由同轴电缆构成的输出巴伦阻抗变换器T2、由电容C9构成的漏极供电射频滤波器和由电容C15、C16及电感L4组成的输出低通滤波型匹配段；其中，平衡型匹配段、漏极供电射频滤波器和输出低通滤波型匹配段组成输出匹配网路中的输出匹配电路；各部分的连接关系为：平衡型匹配段的两个输入端微带线S41和S42分别与推挽功率晶体管2的两个漏极D1和D2相连，平衡型匹配段的输出端微带线S51和S52与输出巴伦阻抗变换器T2的两个平衡端T21和T22相连，漏极供电射频滤波器电容C9通过微带线S70与输出巴伦阻抗变换器T2的中心对称端T24相连，输出巴伦阻抗变换器T2的不平衡端T23通过微带线S61与输出低通滤波型匹配段的输入相连，输出低通滤波型匹配段的输出端通过微带线S8作为输出匹配网络的不平衡输出端RFOUT，该输出端也是本实施例的射频推挽功率放大器的输出端。

本实施例的输出巴伦阻抗变换器T2的具体结构如图5所示；该输出巴伦阻抗变换器包括安装在印制电路板(图中未示出)上的一组同轴电缆和一块双面印制电路板51，所述一组同轴电缆包括一根U形同轴电缆52和两根相同的直段同轴电缆53、54，该两根直段同轴电缆53、54水平安装在印制电路板上；U形同轴电缆52水平层叠在两根直段同轴电缆53、54上方，该U形同轴电缆52的两直线段521、522的外导体分别与两根直段同轴电缆53、54的外导体相互接触，并且至少U形同轴电缆的两端头外导体分别与其相接触的两根直段同轴电缆两端头外导体焊接在一起(若U形同轴电缆与两根直段同轴电缆相互接触部位的部分或全部焊接在一起，可更加强结构的稳定性)；该双面印制电路板51的两个表面各设有一连线511、512，其中，连线511将该U形同轴电缆端头523的内导体与相对侧直段同轴电缆端头531的内导体相连接；连线512将该U形同轴电缆端头524的内导体与相对侧直段同轴电缆端头541的内导体相连接(使U形同轴电缆的内导体与直段同轴电缆的内导体连接成一根导体)。U形同轴电缆的两个端头523、524的外导体(也是与其同向的两根直段同轴电缆的两个端头的外导体)为两个低阻平衡输入端口；直段同轴电缆53的另外一个端头532的内导体接地，直段同轴电缆54的另外一个端头542的内导体作为高阻不平衡输出端口；U形同轴电缆52外导体的中点525(在巴伦阻抗变换器U形同轴电缆外导体的中心对称线上)接直流电源且通过电容射频接地。

本实施例的输出巴伦阻抗变换器T2采用1根U形同轴电缆对应阻抗变换比为4∶1，U形同轴电缆与两根直段同轴电缆均采用25欧的半刚同轴电缆，其外导体的内径大小与所通过的射频功率大小有关，功率越大，外导体的内径越粗；直段同轴电缆的长度和U形同轴电缆宽度与工作频率有关，工作频率越高，长度和宽度尺寸越小。本实施例的25欧的半刚同轴电缆外导体的内径为3mm，直段同轴电缆的长度为20mm，U形同轴电缆的宽度为10mm。

本实施例的输出巴伦阻抗变换器中的双面印制电路板可直接用两根外包裹绝缘层的或由空气绝缘的金属连接线或金属连接片代替，即每根导线直接将该U形同轴电缆的一个端头的内导体与该端头对侧的直段同轴电缆端头的内导体相连接，构成一根内导体。

本实施例中的输出巴伦阻抗变换器的U形同轴电缆根数与阻抗变换比相关，1根对应阻抗变换比为4∶1，2根对应阻抗变换比为9∶1，3根对应阻抗变换比为16∶1，等等。根数的变化，不改变上述巴伦阻抗变换器的基本结构特征，只是在原有的U形同轴电缆上面重叠一根或多根形状相同、尺寸相同的U形同轴电缆，并且每增加一根U形同轴电缆的同时，增加一条金属连接线，并使增加的U形同轴电缆的内导体与原有的U形同轴电缆的内导体和直段同轴电缆的内导体一起连接成一根导体。

本实施例的输出巴伦阻抗变换器的安装结构如图6所示，输出巴伦阻抗变换器直接安装或悬空安装在印制电路板64上，图中，输出巴伦阻抗变换器上层U型同轴电缆61的中点611、下层直段同轴电缆62的不平衡端口621和两层同轴电缆的外导体两个平衡端均焊接到印制电路板64的上表面的覆铜微带线63上，处在该输出巴伦阻抗变换器正下方的印制电路板64的下表面覆铜接地63的那一部分被去除，或将该输出巴伦阻抗变换器正下方的印制电路板去除(图中未示出)；还可同时将处在输出巴伦阻抗变换器正下方的散热器掏空成为一个比输出巴伦阻抗变换器略宽的坑。输出巴伦阻抗变换器悬空安装、或/和去除输出巴伦阻抗变换器正下方的印制电路板、或/和将输出巴伦阻抗变换器正下方的散热器掏空成为一个比输出巴伦阻抗变换器略宽的坑，所有这些措施都是为了提高输出巴伦阻抗变换器下层同轴电缆外导体与其下方的散热器表面金属或坑底部金属所构成的等效微带传输线的特性阻抗。实验证明，这段等效微带传输线的特性阻抗的提高可使输出巴伦阻抗变换器的性能以致使射频推挽功率放大器的性能得到进一步改善。

本实施例的输入匹配网络1的具体结构如图4所示，包括由电容C1、C2和电感L1组成的输入低通滤波型匹配段、由同轴电缆构成的输入巴伦阻抗变换器T1和由电阻R31、R32、电容C3和C4组成的栅极供电射频滤波器；其中，输入低通滤波型匹配段和栅极供电射频滤波器组成输入匹配网路中的输入匹配电路；各部分的连接关系为：输入低通滤波型匹配段的输出端通过微带线S22与输入巴伦阻抗变换器T1的不平衡端T13相连，栅极供电射频滤波器的电阻R31和R32的连接点通过微带线S30与输入巴伦阻抗变换器T1的中心对称点T14相连，输入巴伦阻抗变换器的T15端通过微带线S21接地。输入巴伦阻抗变换器T1的两个平衡端T11和T12分别通过微带线S31和S32作为输入匹配网络的两个平衡输出端，并与推挽功率晶体管2的两个栅极G1和G2相连。

本实施例的输入巴伦阻抗变换器T1的具体结构如图7所示，该输入巴伦阻抗变换器包括一组同轴电缆和一个铁氧体双孔磁柱71，所述一组同轴电缆包括一根U形同轴电缆72和两根相同的直段同轴电缆73、74，该两根直段同轴电缆73、74分别穿过铁氧体双孔磁柱71水平的两个孔；U形同轴电缆72的两个直段部分721、722同样穿过铁氧体双孔磁柱71的这两个孔并水平地重叠在直段同轴电缆73、44的上方，该U形同轴电缆的两直线段721、722的外导体分别与两根直段同轴电缆73、74的外导体相互接触，并且至少U形同轴电缆的两端头外导体分别与两根直段同轴电缆相接触的两端头外导体焊接在一起(若U形同轴电缆与两根直段同轴电缆相接触部位的部分或全部焊接在一起，可更加强结构的稳定性)；U形同轴电缆端头724内导体与相对侧的直段同轴电缆端头731的内导体通过导线75焊接连在一起；U形同轴电缆端头723的内导体与相对侧的直段同轴电缆端头741的内导体通过导线76焊接连在一起(使U形同轴电缆的内导体与直段同轴电缆的内导体连接成一根导体)。U形同轴电缆的两个端头723、724的外导体(也是与其同向的两根直段同轴电缆的两个端头的外导体)为两个低阻平衡输出端口；直段同轴电缆73的另外一个端头732的内导体接地，直段同轴电缆74的另外一个端头742的内导体作为高阻不平衡输入端口；U形同轴电缆72外导体的中点725(在巴伦阻抗变换器同轴电缆外导体的中心对称线上)通过电阻接直流电源且通过电容射频接地。

本实施例的输入巴伦阻抗变换器的一组同轴电缆与输出巴伦阻抗变换器的一组同轴电缆结构相同，只是输入巴伦阻抗变换器的一组同轴电缆套有一个铁氧体双孔磁柱。

本实施例的输入巴伦阻抗变换器采用1根U形同轴电缆对应阻抗变换比为4∶1，U形同轴电缆与两根直段同轴电缆均采用25欧的半柔同轴电缆，其外导体的内径为1.5mm，直段同轴电缆的长度为20mm；铁氧体双孔磁柱采用NXO10的铁氧体双孔磁柱。

另外，与本实施例的输出巴伦阻抗变换器相同，输入巴伦阻抗变换器也可以采用多根U形同轴电缆和连接导线以改变其阻抗变换比。

本实施例的工作原理为：射频输入信号RFIN从微带线S1进入输入匹配网络1，经低通滤波型匹配段滤波匹配，再经微带线S2进入输入巴伦阻抗变换器T1的高阻不平衡端T13，在输入巴伦阻抗变换器T1中进行不平衡到平衡变换和高阻到低阻变换后，由输入巴伦阻抗变换器T1的两个低阻平衡端T11和T13输出，输出的低阻平衡信号再分别经两段微带线S31和S32，到达推挽射频功率晶体管2的两个栅极G1和G2，经推挽射频功率晶体管2放大后，由推挽射频功率晶体管的两个漏极D1和D2输出，该放大后的低阻平衡输出信号经过输出匹配网络3的平衡型匹配段，到达输出巴伦阻抗变换器T2的两个低阻平衡端T21和T22，在输出巴伦阻抗变换器T2中进行平衡到不平衡变换和低阻到高阻变换后，由输出巴伦阻抗变换器T2的高阻不平衡端T23输出，该输出信号经输出低通滤波型匹配段滤波匹配后，经由微带线S8输出，成为放大器板的射频输出信号RFOUT。在供电偏置电路4中，直流电压VDC经过供电输入滤波器滤波后，分成两路，一路先经漏极供电射频扼流电感L2，再经漏极供电射频滤波器C9滤波后由输出巴伦阻抗变换器T2的中心对称端T24进入T2，再经过输出巴伦阻抗变换器T2和平衡型匹配段，到达推挽射频功率晶体管2的两个漏极D1和D2，为推挽射频功率晶体管2提供稳定的直流电压和足够大的电流；另一路经过限流降压电阻R5，到达稳压器，变成更加稳定的直流电压，该直流电压经过栅极电压调节电位器P1调整到合适的电压值，成为栅极电压VGS；栅极电压VGS通过温度补偿电路进行温度补偿，可以减少推挽射频功率晶体管2的静态工作点随温度的变化；栅极电压VGS从栅极电压调节电位器的中心头接到输入匹配网络。

本实用新型的射频推挽功率放大器实施例2的组成结构如图8各虚线框中所示，与图4所示的实施例1组成的不同之处仅在于：采用了不同的输入匹配网络，包括由电容C1、C2和电感L1组成的输入低通滤波型匹配段、扭绞线型输入巴伦阻抗变换器T1及由电容C51、C31、C41、C52、C32、C42和电阻R31、R32组成的栅极供电滤波电路；电容C51和C52用来隔直流；供电偏置电路4通过电阻R31及滤波电容C31和C41给栅极G1供电，同时通过电阻R32及滤波电容C32和C42给栅极G2供电。

本实施例的扭绞线型的输入巴伦阻抗变换器具体结构如图9所示，该巴伦阻抗变换器包括一组扭绞线和一个铁氧体双孔磁环91，所述扭绞线包括三根长度相同的漆包线92、93和94，它们扭绞在一起依次穿过铁氧体双孔磁环91的水平的两个孔。漆包线92的一端922与漆包线93的对侧的一端931焊接连在一起，漆包线92的另一端921作为输入巴伦阻抗变换器的高阻不平衡输入端口，漆包线93的另一端932接地；漆包线94的两个端头941和942作为两个低阻平衡输出端口。

本实施例的输入巴伦阻抗变换器采用直径为0.5mm、长度为32mm的三根漆包铜线，每厘米扭绞3次，铁氧体双孔磁柱采用NXO10的铁氧体双孔磁柱，双孔的直径为3mm，磁柱的高度和厚度都是5mm，宽10mm。铁氧体材料的选择决定于所用的工作频段，三根漆包铜线扭绞的程度决定了扭绞线的特性阻抗。本实施例的输入巴伦阻抗变换器的三根扭绞漆包线中的两根首尾相连，成为初级线圈，另一根单独作为次级线圈，初级和次级圈数比为2∶1，阻抗比为4∶1。初级为高阻端，次级为低阻端。

本实施例中的输入巴伦阻抗变换器可以根据本实施例中的输出巴伦阻抗变换器的阻抗变换比增加扭绞漆包线的根数为N(N为正整数)根，以实现不同的阻抗变换比，前N-1根首尾相连后作为初级线圈，第N根作为次级线圈，初次级圈数比为N-1∶1，阻抗比为(N-1)²∶1。

本实施例的扭绞线型的的输入巴伦阻抗变换器竖立焊接在印制电路板上，安装简便，结构紧凑，稳定可靠。

本实用新型的两个实施例的射频推挽功率放大器中的所有平衡部分，包括输入匹配网络1中的输入巴伦阻抗变换器和栅极供电滤波器、射频功率推挽晶体管、输出匹配网络中的平衡型匹配段以及输出巴伦阻抗变换器和漏极供电滤波器，结构上均严格对称，对称轴线如图4和图9中的A-A线所示，它穿过输入巴伦阻抗变换器的中点、推挽功率晶体管的中点和输出巴伦阻抗变换器的中点。严格对称有两方面的含义，一是几何尺寸上的对称，二是对称元器件物理参数上的一致。如R31与R32、C31与C32、S31与S32、S41与S42以及封装在同一个推挽功率晶体管中的两个管芯等都要在几何尺寸和物理参数方面对应一致。

本实用新型的两个实施例的印制电路板均采用1.5mm厚的双面印制电路板，放大器在87.5MHz到108MHz的整个频段内漏极效率均大于80％，典型值为82％，二次谐波抑制度均大于35dB，典型值为40dB。

本实用新型的两种实施例中除输出巴伦阻抗变换器以外的其它各部分(包括输入巴伦阻抗变换器)的具体组成结构均还可采用其它常规器件，根据实际应用进行设计。只要结合本实用新型的输出巴伦阻抗变换器，即可实现区别于已有的射频推挽功率放大器达到本实用新型的发明目的应用于不同场合的多种射频推挽功率放大器。因此凡是依照本实用新型所保护的技术方案对上述实施例的任何修改与变换，均应属于本实用新型的保护范畴。

Claims (10)

1、一种射频推挽功率放大器，包括推挽功率晶体管、分别与该推挽功率晶体管相连的输入匹配网络、输出匹配网络，以及分别通过输入匹配网络、输出匹配网络给推挽功率晶体管供电的供电偏置电路四部分；该供电偏置电路与外部直流电源相连；所述输入匹配网络、输出匹配网络和供电偏置电路制作在印刷电路板上，该印刷电路板安装在一个金属散热器表面上并与该金属散热器相接触；所述推挽功率晶体管直接安装在该金属散热器表面上并与该金属散热器相接触；所述输入匹配网络包括输入巴伦阻抗变换器及输入匹配电路；所述输出匹配网络包括输出巴伦阻抗变换器及输出匹配电路；其特征在于，所述输出巴伦阻抗变换器包括一组同轴电缆，该组同轴电缆包括一根U形同轴电缆和两根相同的直段同轴电缆，该两根直段同轴电缆水平安装在所述印制电路板上；所述U形同轴电缆水平层叠在两根直段同轴电缆上方，该U形同轴电缆的两直线段的外导体分别与所述两根直段同轴电缆的外导体平行重叠接触，并且至少相互接触的两端头部位焊接相连；所述U形同轴电缆两端头内导体分别与相对侧的直段同轴电缆端头的内导体相连接；所述U形同轴电缆的两个端头的外导体为两个低阻平衡端口；该两根直段同轴电缆的另外两个端头中的一个内导体接地，另一个内导体作为高阻不平衡端口；该U形同轴电缆外导体的中点接直流电源且通过电容射频接地。

2、如权利要求1所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，所述输出巴伦阻抗变换器还包括两根相互绝缘的导线，所述每根导线将该U形同轴电缆的一个端头的内导体与对侧的直段同轴电缆端头的内导体相连接。

3、如权利要求2所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，所述两根相互绝缘的导线采用两根外包裹绝缘层的或由空气绝缘的金属连接线或金属连接片；或采用一块双面印制电路板，在该双面印制电路板的两个表面分别印制一根金属导带，并将U形同轴电缆端头的内导体、直段同轴电缆端头的内导体焊接在该双面印制电路板相应的金属导带两端。

4、如权利要求2所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，还包括在所述U形同轴电缆上面重叠一根或多根形状相同、尺寸相同的U形同轴电缆，并且每增加一根U形同轴电缆的同时，增加一条金属连接线，并使增加的U形同轴电缆的内导体与原有的U形同轴电缆的内导体和直段同轴电缆的内导体一起连接成一根导体。

5、如权利要求1所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，所述输出巴伦阻抗变换器下对应部位的印制电路板的两面覆铜层去除，或将该部位的印制电路板去除。

6、如权利要求5所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，还包括将与所述输出巴伦阻抗变换器下对应部位的印制电路板相接触的金属散热器表面去除一层，使所述输出巴伦阻抗变换器与金属散热器之间增加一空气介质层。

7、如权利要求1、2、3、5或6所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，所述输入巴伦阻抗变换器包括一组同轴电缆和一个铁氧体双孔磁柱，所述一组同轴电缆包括一根U形同轴电缆和两根相同的直段同轴电缆，该两根直段同轴电缆分别穿过铁氧体双孔磁柱水平的两个孔；U形同轴电缆的两个直段部分同样穿过该铁氧体双孔磁柱的这两个孔并水平地重叠在所述两直段同轴电缆的上方，该U形同轴电缆的两直线段的外导体分别与两根直段同轴电缆的外导体相互接触，并且至少U形同轴电缆的两端头外导体分别与两根直段同轴电缆相接触的两端头外导体焊接在一起；所述U形同轴电缆两端头内导体与相对侧的直段同轴电缆端头的内导体相连；该U形同轴电缆的两个端头的外导体为两个低阻平衡输出端口；一个直段同轴电缆的另外一个端头的内导体接地，另一个直段同轴电缆的另外一个端头的内导体作为高阻不平衡输入端口；U形同轴电缆外导体的中点通过电阻接直流电源且通过电容射频接地。

8、如权利要求7所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，所述射频推挽功率放大器中的所有平衡部分，包括输入匹配网络1中的输入巴伦阻抗变换器和栅极供电滤波器、射频功率推挽晶体管、输出匹配网络中的平衡型匹配段以及输出巴伦阻抗变换器和漏极供电滤波器，结构上均对称分布，对称轴线穿过输入巴伦阻抗变换器的中点、推挽功率晶体管的中点和输出巴伦阻抗变换器的中点；且对称分布的元器件物理参数一致。

9、如权利要求1、2、3、5或6所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，所述巴伦阻抗变换器包括一组扭绞线和一个铁氧体双孔磁环，所述扭绞线包括三根长度相同的漆包线，它们扭绞在一起依次穿过铁氧体双孔磁环的水平的两个孔；第一根漆包线的一端与第二根漆包线的对侧的一端焊接连在一起，第一根漆包线的另一端作为输入巴伦阻抗变换器的高阻不平衡输入端口，第二根漆包线的另一端接地；第三根漆包线的两个端头作为两个低阻平衡输出端口。

10、如权利要求9所述的射频推挽功率放大器，其特征在于，所述射频推挽功率放大器中的所有平衡部分，包括输入匹配网络1中的输入巴伦阻抗变换器和栅极供电滤波器、射频功率推挽晶体管、输出匹配网络中的平衡型匹配段以及输出巴伦阻抗变换器和漏极供电滤波器，结构上均对称分布，对称轴线穿过输入巴伦阻抗变换器的中点、推挽功率晶体管的中点和输出巴伦阻抗变换器的中点；且对称分布的元器件物理参数一致。

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