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數字電視發射機中功率放大器的設計
摘要：用最新的LDMOS FET器件，采用平衡放大電路結構?熏設計數字電視發射機中的功率放大器。工作頻段在470MHz～860MHz，整個頻帶內增益在12dB左右，工作在線性狀態，交調抑制小于－35dB。數字電視地面廣播技術采用數字壓縮技術，在同樣清晰度和音質情況下，用戶可以接收的節目數量提高４～６倍。同一信道中，可同時傳輸附加數據和其他信息，且抗干擾能力強，覆蓋區域內近場和遠場的接收效果幾乎相同，因此，數字電視受到了廣泛的關注。
歐美一些國家對數字電視技術的研究較為深入，已研制出了性能完善的數字電視信號發射機。我國數字電視技術的研究起步相對較晚，還處在實驗階段。為降低成本，數字電視發射機的國產化是我國廣播電視行業發展的必然趨勢。
功率放大器是數字電視發射機中的重要組成部分。通常情況下，數字電視發射機中的信號經ＣＯＦＤＭ方式調制后輸出中頻模擬信號，通過上變頻送入放大部分。該調制方式包括ＩＦＦＴ（８Ｍ）和ＩＦＦＴ（２Ｍ）兩種模式，分別由６８１７和１７０５個載波組成。每個載波之間的頻率間隔非常近，所以交調信號很容易落在頻帶內，引起交調失真。數字電視的發射機較傳統類型，在線性度、穩定性等方面有著更高的要求。對發射機中的功率放大器要求必須工作在較高的線性狀態下，增益穩定。
發射系統的放大部分分為激勵和主放大電路。其中激勵部分為寬帶功率放大器，為確保地面數字電視傳輸的正常穩定，需要具有良好的穩定性和可靠性，其工作頻段在４７０ＭＨｚ～８６０ＭＨｚ，工作狀態為ＡＢ類；要求增益大于１０ｄＢ，交調抑制小于－３５ｄＢ，噪聲功率密度大于１３０ｄＢｃ／Ｈｚ。本文采用最新的ＬＤＭＯＳ ＦＥＴ器件，及平衡放大電路結構?熏設計數字電視發射機中的驅動級功率放大器，經過優化和調試，滿足系統要求。
圖2 輸入匹配網絡拓撲圖
１ 功率放大器設計
１．１功率放大器的放大芯片選型
本文采用摩托羅拉ＬＤＭＯＳ ＦＥＴ器件ＭＲＦ３７３作為功放的放大芯片。該芯片在線性、增益和輸出能力上相對于ＢＪＴ器件有較大的提升，使發射機的可靠性和可維護性大大提高。與傳統的分米波雙極型功放管相比，ＬＤＭＯＳ ＦＥＴ具有以下顯著優點：
·可以在高駐波比（ＶＳＷＲ＝１０：１）情況下工作；
·增益高（典型值１３ｄＢ）；
·飽和曲線平滑，有利于模擬和數字電視射頻信號放大；
·可以承受大的過驅動功率，特別適用于ＤＶＢ－Ｔ中ＣＯＦＤＭ調制的多載波信號；
·偏置電路簡單，無需復雜的帶正溫度補償的有源低阻抗偏置電路。
圖3 輸出匹配網絡拓撲圖
ＬＤＭＯＳ制造工藝結合了ＢＰＴ和砷化鎵工藝。與標準ＭＯＳ工藝不同的是，在器件封裝上，ＬＤＭＯＳ沒有采用ＢｅＯ氧化鈹隔離層，而是直接硬接在襯底上，導熱性能得到改善，提高了器件的耐高溫性，大大延長了器件壽命。由于ＬＤＭＯＳ管的負溫效應，其漏電流在受熱時自動均流，而不會象雙極型管的正溫度效應在收集極電流局部形成熱點，從而管子不易損壞。所以ＬＤＭＯＳ管大大加強了負載失配和過激勵的承受能力。同樣由于ＬＤＭＯＳ管的自動均流作用，其輸入－輸出特性曲線在１ｄＢ壓縮點（大信號運用的飽和區段）下彎較緩，所以動態范圍變寬，有利于模擬和數字電視射頻信號放大。ＬＤＭＯＳ在小信號放大時近似線性，幾乎沒有交調失真，很大程度簡化了校正電路。ＭＯＳ器件的直流柵極電流幾乎為零，偏置電路簡單，無需復雜的帶正溫度補償的有源低阻抗偏置電路。
１．２ 電路結構選擇及比較
小信號Ｓ參數可以用于甲類放大器的設計，也就是要求信號的放大基本限制在晶體管的線性區域。然而，涉及到大功率放大器時，由于放大器工作在非線性區，所以小信號通常近似無效。此時必須求得晶體管的大信號Ｓ參數或阻抗，以得到合理的設計效果。
一般說來，甲類工作狀態失真系數最小，具有良好的線性度。但是在大功率應用情況下，由于甲類工作狀態的效率低（５０％）而不適用。采用甲乙類推挽放大器的電路形式，可以得到與甲類放大器相近的線性指標。
推挽電路形式由兩個獨立且無任何內部連接的單管放大器構成，通過兩個巴倫進行功率的矢量分配與合成。由于巴倫本身具有變阻的特點，因此大大降低了變阻比帶來的阻抗匹配的困難，且巴倫對于偶次諧波具有很好的抑制作用。但是由于巴倫兩邊間隔過小，兩路相互影響較大，所以應用巴倫結構的放大器穩定性較差，且該電路的輸入和輸出駐波比較差。
本文采用平衡放大器的形式，結構如圖１所示。其工作原理與巴倫結構的電路相似，但是由于３ｄＢ電橋的應用，使得兩路射頻信號之間隔離較好，有利于兩個端口的匹配。相對于單管放大器結構，其優點如表１。
表1 平衡放大器與單管放大器特性比較
元件離散性對放大電路影響
１．３ 匹配網絡設計
由于ＭＲＦ３７３沒有提供內匹配，所以要在放大電路中構建匹配網絡。數字電視反射系統中的放大
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