第3章通信信号的发送

3.1 通信信号的功率放大 3.2 谐振功率放大器 3.3 宽频带的功率合成(非谐振高频功率放大器) 3.4 倍频器 3.5 天线 3.6 实训:高频谐振功率放大器的仿真与性能分析第 3 章通信信号的发送

3.1 通信信号的功率放大 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

3.2 谐振功率放大器 ,[object Object],[object Object],[object Object]

图 3.1 谐振功率放大器的原理电路

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图 3.2 谐振功率放大器各级电压和电流波形

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图 3.3 晶体管折线化后的转移特性曲线及 i c 电流

[object Object],[object Object],[object Object],(3―4)

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],(3―7) (3―8) 式 (3―5) 减式 (3―6) ，得 i C =GU bm (cosωt-cosθ) (3―9)

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],(3―11) 式 (3―11) 是集电极余弦脉冲电流的解析表达式，它取决于脉冲高度 i Cmax 和导通角 θ 。利用傅里叶级数将 i C 展开 (3―12)

求得上式中各次谐波分量 (3―13) (3―14) (3―15)

图 3.4 余弦脉冲分解系数

[object Object],(3―16) 集电极直流电源供给功率 P DC 等于集电极电流直流分量与 U CC 的乘积 (3―17) 放大器集电极效率等于输出功率与直流电源供给功率之比，即 (3―18)

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],(3―19) 将式 (3―19) 代入式 (3―4) ，得动态线方程式 (3―20)

[object Object],图 3.5 谐振功率放大器

图 3.6 谐振动率放大器的动态线和集电极 i C 电流波形

[object Object],(3―21) 2. 谐振功率放大器的三种工作状态 1) 欠压状态 2) 临界状态 3) 过压状态

[object Object],[object Object],[object Object],图 3.8 R P 变化时的 i C 波形

图 3.9 谐振功率放大器的负载特性

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],(3―22)

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图 3.10 V CC 变化对工作状态的影响

图 3.11 U bm 变化对工作状态的影响

图 3.12 U BB 变化对工作状态的影响

图 3.13 集电极馈电电路

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图 3.16 滤波匹配网络在电路中的位置

[object Object],[object Object],由上式可以得到从串联转换为并联阻抗的公式，即 (3―23) 式中 ,Q T 为两个网络的品质因数，其值为 (3―24)

图 3.17 串并联阻抗变换

图 3.18 L 型网络的阻抗变换

[object Object],(3―25) 由式 (3―25) 求出 Q T ，再代入式 (3―23) ，便可求出Ｌ型网络各元件参数的计算公式（图 3.18 中的 R L 相当于式 (3―23) 中的 R s ）：

[object Object],[object Object],[object Object],(3―28)

图 3.19 T 型网络的阻抗变换

[object Object],(3―30) (3―29) ３ )Π 型匹配网络 Π 型匹配网络如图 3.20 所示，分析过程也是将 Π 型网络分成两个基本的Ｌ型网络，如图 3.20(b) 所示，然后按Ｌ型网络进行求解。

图 3.20 Π 型网络的阻抗变换

图 3.21 谐振功率放大器在不同负载状态下的电压电流波形

图 3.22 调谐放大器调整电路

图 3.23 谐振功率放大器的调谐与调配特性

[object Object],[object Object],图 3.24 工作频率为 160MHz 的谐振功率放大电路

[object Object],图 3.25 工作频率为 150MHz 的谐振功率放大电路

3.3 宽频带的功率合成 ( 非谐振高频功率放大器 ) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

图 3.26 1:1 传输线变压器

图 3.27 传输线在高频情况下的等效电路

[object Object],[object Object],(3―33) 对于理想无耗或工作频率很高时的传输线，有Ｒ <<ω Ｌ，Ｇ <<ω Ｃ，则传输线的特性阻抗为 (3―34) 最佳特性阻抗，其值为 (3―35)

[object Object],(3―36) 式中 , ，称为相移常数。

图 3.28 传输线变压器的插入损耗

[object Object],[object Object],[object Object],图 3.29 1:1 倒相传输线变压器

[object Object],[object Object],图 3.30 平衡与不平衡的互相变换

图 3.30 平衡与不平衡的互相变换

图 3.31 4:1 和 1:4 传输线变压器电路

[object Object],(3―37) 从信号源向传输线变压器看去的输入电阻为 (3―38) 传输线的特性阻抗为 (3―39)

[object Object],从信号源向传输线变压器看去的输入电阻为 (3―40) (3―41) 从而实现 1: ４的阻抗变换。传输线变压器的特性阻抗为 (3―42)

[object Object],[object Object],[object Object],对于变比小于 1 的阻抗变换电路，特性阻抗和输入电阻的一般公式为 (3―45) (3―46)

图 3.32 宽带高频功率放大电路

图 3.33 反相功率合成原理电路

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[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],则两个功率放大器注入的功率为

[object Object],如果取Ｒ d ＝４ R c ，则当某一功率放大器（例如 B ）出现故障或者 I a ≠I b 时， A 端电压为因此功率放大器Ａ的等效负载仍等于

图 3.34 分配器在共用天线系统中的应用

图 3.35 功率二分配器和功率四分配器

3.4 倍频器 ,[object Object]

图 3.36 倍频器框图及其应用

图 3.37 带有陷波电路的三倍频器

[object Object],[object Object],[object Object],图 3.38 变容二极管的特性及符号

图 3.39 变容二极管的等效电路

[object Object],(3―49) 一般变容管的品质因数定义在零偏压条件下。变容管的截止频率 f c0 定义在Ｑ值为 1 时的频率 (3―50) 流过变容管结电容Ｃ j 的电流与电容量、电压的关系为

图 3.40 变容管在正弦电压作用下的电流波形

图 3.41 变容管倍频器原理图

3.5 天线 ,[object Object],[object Object],[object Object]

图 3.42 偶极天线示意图 (a) 垂直偶极天线； (b) 方位辐射图； (c) 垂直面辐射图

[object Object],[object Object],图 3.44 抛物面天线光学的性能

图 3.45 微带天线的基本结构

3.6 实训 : 高频谐振功率放大器的仿真与性能分析 ,[object Object],[object Object],[object Object]

图 3.46 高频谐振功率放大器

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图 3.47 高频谐振功率放大器集电极电流波形

图 3.48 工作在过压状态时集电极电流波形

图 3.49 谐振功率放大器负载上的电压波形

图 3.50 工作在过压状态时负载上的电压波形

图 3.51 谐振功率放大器的幅频特性曲线

第3章通信信号的发送

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