數字電視發(fā)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(fā)射機中的功率放大器。工作頻段在470MHz～860MHz，整個(gè)頻帶內增益在12dB左右，工作在線(xiàn)性狀態(tài)，交調抑制小于－35dB。

數字電視地面廣播技術(shù)采用數字壓縮技術(shù)，在同樣清晰度和音質(zhì)情況下，用戶(hù)可以接收的節目數量提高４～６倍。同一信道中，可同時(shí)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(chǎng)和遠場(chǎng)的接收效果幾乎相同，因此，數字電視受到了廣泛的關(guān)注。

歐美一些國家對數字電視技術(shù)的研究較為深入，已研制出了性能完善的數字電視信號發(fā)射機。我國數字電視技術(shù)的研究起步相對較晚，還處在實(shí)驗階段。為降低成本，數字電視發(fā)射機的國產(chǎn)化是我國廣播電視行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

功率放大器是數字電視發(fā)射機中的重要組成部分。通常情況下，數字電視發(fā)射機中的信號經(jīng)ＣＯＦＤＭ方式調制后輸出中頻模擬信號，通過(guò)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(gè)載波組成。每個(gè)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(fā)射機較傳統類(lèi)型，在線(xiàn)性度、穩定性等方面有著(zhù)更高的要求。對發(fā)射機中的功率放大器要求必須工作在較高的線(xiàn)性狀態(tài)下，增益穩定。

發(fā)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(tài)為ＡＢ類(lèi)；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(fā)射機中的驅動(dòng)級功率放大器，經(jīng)過(guò)優(yōu)化和調試，滿(mǎn)足系統要求。

圖2 輸入匹配網(wǎng)絡(luò )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(xiàn)性、增益和輸出能力上相對于ＢＪＴ器件有較大的提升，使發(fā)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(zhù)優(yōu)點(diǎn)：

·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(xiàn)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(guò)驅動(dòng)功率，特別適用于ＤＶＢ－Ｔ中ＣＯＦＤＭ調制的多載波信號；

·偏置電路簡(jiǎn)單，無(wú)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(wǎng)絡(luò )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(méi)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(cháng)了器件壽命。由于ＬＤＭＯＳ管的負溫效應，其漏電流在受熱時(shí)自動(dòng)均流，而不會(huì )象雙極型管的正溫度效應在收集極電流局部形成熱點(diǎn)，從而管子不易損壞。所以ＬＤＭＯＳ管大大加強了負載失配和過(guò)激勵的承受能力。同樣由于ＬＤＭＯＳ管的自動(dòng)均流作用，其輸入－輸出特性曲線(xiàn)在１ｄＢ壓縮點(diǎn)（大信號運用的飽和區段）下彎較緩，所以動(dòng)態(tài)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(shí)近似線(xiàn)性，幾乎沒(méi)有交調失真，很大程度簡(jiǎn)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(jiǎn)單，無(wú)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(lèi)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(xiàn)性區域。然而，涉及到大功率放大器時(shí)，由于放大器工作在非線(xiàn)性區，所以小信號通常近似無(wú)效。此時(shí)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(shuō)來(lái)，甲類(lèi)工作狀態(tài)失真系數最小，具有良好的線(xiàn)性度。但是在大功率應用情況下，由于甲類(lèi)工作狀態(tài)的效率低（５０％）而不適用。采用甲乙類(lèi)推挽放大器的電路形式，可以得到與甲類(lèi)放大器相近的線(xiàn)性指標。

推挽電路形式由兩個(gè)獨立且無(wú)任何內部連接的單管放大器構成，通過(guò)兩個(gè)巴倫進(jìn)行功率的矢量分配與合成。由于巴倫本身具有變阻的特點(diǎn)，因此大大降低了變阻比帶來(lái)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(guò)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(gè)端口的匹配。相對于單管放大器結構，其優(yōu)點(diǎn)如表１。

表1 平衡放大器與單管放大器特性比較

特 性平衡放大器單管放大器輸入輸出反射好較差噪聲特性較好較差長(cháng)期穩定性好較差

元件離散性對放大電路影響

較小較大　　

１．３ 匹配網(wǎng)絡(luò )設計

由于ＭＲＦ３７３沒(méi)有提供內匹配，所以要在放大電路中構建匹配網(wǎng)絡(luò )。數字電視反射系統中的放大

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