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数字电视发射机中功率放大器的选取

2011-01-10 17:11
flinay
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  功率放大器是数字电视发射机中的重要组成部分。通常情况下,数字电视发射机中的信号经COFDM方式调制后输出中频模拟信号,通过上变频送入放大部分。该调制方式包括IFFT(8M)和IFFT(2M)两种模式,分别由6817和1705个载波组成。每个载波之间的频率间隔非常近,所以交调信号很容易落在频带内,引起交调失真。数字电视的发射机较传统类型,在线性度、稳定性等方面有着更高的要求。对发射机中的功率放大器要求必须工作在较高的线性状态下,增益稳定。

  发射系统的放大部分分为激励和主放大电路。其中激励部分为宽带功率放大器,为确保地面数字电视传输的正常稳定,需要具有良好的稳定性和可靠性,其工作频段在470MHz~860MHz,工作状态为AB类;要求增益大于10dB,交调抑制小于-35dB,噪声功率密度大于130dBc/Hz。本文采用最新的LDMOS FET器件,及平衡放大电路结构熏设计数字电视发射机中的驱动级功率放大器,经过优化和调试,满足系统要求。

  1 功率放大器设计

  1.1功率放大器的放大芯片选型

  本文采用摩托罗拉LDMOS FET器件MRF373作为功放的放大芯片。该芯片在线性、增益和输出能力上相对于BJT器件有较大的提升,使发射机的可靠性和可维护性大大提高。与传统的分米波双极型功放管相比,LDMOS FET具有以下显著优点:

  ·可以在高驻波比(VSWR=10:1)情况下工作;

  ·增益高(典型值13dB);

  ·饱和曲线平滑,有利于模拟和数字电视射频信号放大;

  ·可以承受大的过驱动功率,特别适用于DVB-T中COFDM调制的多载波信号;

  ·偏置电路简单,无需复杂的带正温度补偿的有源低阻抗偏置电路。

  LDMOS制造工艺结合了BPT和砷化镓工艺。与标准MOS工艺不同的是,在器件封装上,LDMOS没有采用BeO氧化铍隔离层,而是直接硬接在衬底上,导热性能得到改善,提高了器件的耐高温性,大大延长了器件寿命。由于LDMOS管的负温效应,其漏电流在受热时自动均流,而不会象双极型管的正温度效应在收集极电流局部形成热点,从而管子不易损坏。所以LDMOS管大大加强了负载失配和过激励的承受能力。同样由于LDMOS管的自动均流作用,其输入-输出特性曲线在1dB压缩点(大信号运用的饱和区段)下弯较缓,所以动态范围变宽,有利于模拟和数字电视射频信号放大。LDMOS在小信号放大时近似线性,几乎没有交调失真,很大程度简化了校正电路。MOS器件的直流栅极电流几乎为零,偏置电路简单,无需复杂的带正温度补偿的有源低阻抗偏置电路。

  1.2 电路结构选择及比较

  小信号S参数可以用于甲类放大器的设计,也就是要求信号的放大基本限制在晶体管的线性区域。然而,涉及到大功率放大器时,由于放大器工作在非线性区,所以小信号通常近似无效。此时必须求得晶体管的大信号S参数或阻抗,以得到合理的设计效果。

  一般说来,甲类工作状态失真系数最小,具有良好的线性度。但是在大功率应用情况下,由于甲类工作状态的效率低(50%)而不适用。采用甲乙类推挽放大器的电路形式,可以得到与甲类放大器相近的线性指标。

  推挽电路形式由两个独立且无任何内部连接的单管放大器构成,通过两个巴伦进行功率的矢量分配与合成。由于巴伦本身具有变阻的特点,因此大大降低了变阻比带来的阻抗匹配的困难,且巴伦对于偶次谐波具有很好的抑制作用。但是由于巴伦两边间隔过小,两路相互影响较大,所以应用巴伦结构的放大器稳定性较差,且该电路的输入和输出驻波比较差。

  http://www.21ic.com/d/file/201101/21ced1050fa7854f43b668f14dfd82d3.gif

  本文采用平衡放大器的形式,结构如图1所示。其工作原理与巴伦结构的电路相似,但是由于3dB电桥的应用,使得两路射频信号之间隔离较好,有利于两个端口的匹配。相对于单管放大器结构,其优点如表1。

  http://www.21ic.com/d/file/201101/197ffaf78d2a57e9a080a559307960cb.gif

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