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功率放大器为什么要关注阻抗匹配问题?如何进行阻抗匹配?

        功率放大器的匹配方法在线性网络设计中,为获得最大功率传输,网络通常采用共轭阻抗匹配方式,但由于功率放大器输入、输出阻抗呈现非线性,不可能实现共轭匹配,通常是将50Ω负载变换到这样一个阻抗值,其实部可在输入、输出偏置电压下获得最大输出功率,其虚部可以将晶体管内部寄生元件调谐掉,该网络变换成的阻抗称为最佳负载阻抗,也称为动态输出阻抗。   由于功率放大器工作于非线性,小信号放大器的网络设计方法不再适用。通常采用以下三种方法来设计功率放大器的匹配网络:动态阻抗法、大信号S参数法和负载牵引法。

        动态阻抗法:动态阻抗法要求提供大信号工作状态下的动态输入、输出阻抗。动态阻抗测试原理是:将功率管调整到最大功率输出状态,然后分别测出从信号源向功率管输入端看去、从负载向输出端看去的阻抗,其阻抗值即为动态输入(Zin)、动态输出阻抗(ZOL),

        大信号S参数法:利用大信号S参数可以进行功率放大器的功率增益、稳定性的分析和增益、平坦度的设计。用大信号S参数设计功率放大器时,除了应根据输出功率的大小选择负载阻抗外,还可以根据绝对稳定条件和潜在不稳定条件两种情况分别进行考虑。由于大信号S参数的测量比较困难,通常采用双信号法或大电流直流拟合法来测量大信号S参数。 

        负载牵引法:负载牵引法要求给出对应各种不同的输出功率、功率增益和效率等参数的数据,由计算机进行综合设计。其设计系统较为复杂。通常对于大功率晶体管而言,厂家都会给出功率晶体管道动态输入、输出阻抗。

        由于匹配网络设计一般以50W(即史密斯圆图圆心)为准,所以采用以上三种方法,无论是通过仿真软件还是实际仪器如矢量网络分析仪,都要在史密斯圆图上匹配到50W。匹配电路设计目标:1、输入匹配电路:把微波晶体管的复数输入阻抗变换为50W电阻性的源阻抗。1) 最佳噪声:Gout1=Gopt (Zout1=Zopt=1/Yopt);2) 最大功率增:Zout1=Zin*。

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