短波波段宽带10W功放的设计

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摘要：在短波通信、探测及雷达系统中，宽带功率放大电路是其重要的组成部分，宽带功率放大器的优劣对上述系统的性能的高低起着至关重要的作用，该文介绍了由MRF237、MRF134、MRF136为核心器件的三级甲乙类推挽功放电路，具有功率余量大，耐驻波特性好，宽压供电、保护电路反应快速及时的特点。

关键词：短波；宽带功率放大电路；甲乙类推挽

中图分类号：TP331 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）17-4119-03

1 概述

随着科学技术的飞速发展，小功率、低功耗的短波功率放大器用途越来越广泛，到目前为止它已应用于短波通信、探测及雷达等各个系统当中。可以说功放优劣对系统性能的高低起着至关重要的作用。 本文设计的10w功放的主要作用是将雷达信号源产生的信号（小于10dBm）在不失真的情况下放大到幅度为10W（40dBm）以上的信号，再通过天线进行辐射到空中，以实现通信、探测和侦测等方面的需要。本设计中采用MACOM公司的功率放大管MRF237，MRF134、MRF136作为放大电路的核心器件进行设计，能较好的满足系统的要求。

系统框图如图1所示，系统主要由三部分电路组成：三级放大电路组成的主电路部分、检测保护电路及电源供电电路。

2 主要器件介绍

2.1 MRF237

MRF237为MOTOROLA公司推出的一款NPN型小功率放大晶体管，其工作频率为DC-150MHz，集电极最大工作电流为1A，集电极工作电压为12.5V，最大输出功率为4W，增益典型值为14dB，自身可耐受最大耗散功率为8W。

2.2 MRF134

MRF134为MACOM公司推出的一款N沟道小功率放大场效应管，其工作频率为DC-400MHz，漏极最大工作电流为0.9A，漏极工作电压为28V，最大输出功率为5W，增益典型值为14dB，自身可耐受最大耗散功率为17.5W。

2.3 MRF136

MRF136为MACOM公司推出的一款N沟道的中功率放大场效应管，其工作频率为DC-400MHz，漏极最大工作电流为2.5A，漏极工作电压为28V，最大输出功率为15W，增益典型值为16dB，自身可耐受最大耗散功率为55W。

2.4 LM339

LM339是四电压比较器集成电路。该电路的特点如下为：工作电源电压范围宽可达 2～36V消耗电流小，Icc=1.3mA；输入失调电压小，VIO=±2mV；共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门；其内部电路图如图2所示。

3 电路设计分析

3.1 主电路设计

主电路采用三级放大电路级联的方式进行工作，其增益分配图如图3所示。

第一级放大电路以晶体管MRF237作为核心器件设计电路，，第二级放大器以场效应功率管MRF134为核心器件，，第一级与第二级采用的放大形式为甲类放大，可保证放大后的信号线性度高，不失真，第三级由两只场效应功率管MRF136组成推挽式放大电路，放大形式为甲乙类放大，可保证放大电路的效率值由较大提高，节约了用电成本和散热成本，同时因为MRF136的单管输出功率最大为15W，这就保证了放大器的功率余量，同时使放大器可承受较大的反射功率，耐驻波特性较好。

3.2 检测保护电路的设计

由于在功放电路中，功放管造价昂贵且容易损坏，所以需设计较严密的保护电路，确保其安全稳定的运行，保护电路分为正反相功率保护，其基本原理为将正反向功率通过定向耦合器及二极管检波器后，检波为直流信号，再通过LM339与门限电平进行比较，一旦正反向电平超过门限电平，三极管电路组成的键控电路会将第一级MRF237的集电极电源的切断，来达到快速即时的实现功放的正反向功率保护功能，同理过温保护是将温度传感器电平通过LM339与门限电平进行比较，一旦发生过温的情况，三极管电路组成的键控电路会将第一级MRF237的集电极电源的切断，来达到快速即时的实现功放的过温保护功能

3.3 宽压供电电路

宽压供电电路主要是将输入的宽范围电源电压转换为系统中所需的12V、5V等其他电源电压。

在雷达信号源使用过程中，开关电源对信号质量影响较大，本设计中使用多级LDO将电源需要的转换为系统12V、5V等其他电源电压。

4 分析与验证

本系统设计中经过模拟电路仿真软件ADS的仿真，以10MHz频率为例，输入电平如图4所示。

经过放大器后，在50欧姆负载情况下，输出电平波形如图5所示。

经计算，输入功率为==5mw；输出功率为=16W，则增益为35.2dB。可以满足指标要求。

5 结束语

本文详尽分析了增益为35dB，输出功率为10W，有较大余量的功率放大器，实现方法为三级级联式放大，前两级为A类放大模式，最后一级为甲乙类推挽放大模式，有较完整的保护模式。并进行了电路仿真验证。最终，通过实际电路的调试，其最大可输出20W，功率平坦度为1dB，供电范围可达12.5V-18V，证明了此种设计思路是具体可行的，可作为短波中功率放大器的一种新的设计思路。

参考文献：

[1] MRF237 Data Sheet[M].Motorola，Inc，1994.

[2] MRF134 Data Sheet[M].M/A-COM Technology Solutions Inc，2009.

[3] MRF136 Data Sheet[M].M/A-COM Technology Solutions Inc，2009.

[4] LM339 Data Sheet[M].Motorola，Inc，1996.