|
微带放大器中直流馈电的设计
摘要：在微带电路中由于工作频率很高，其分析与设计方法都与集中参数电路有所不同，在这里主要就微带放大器中直流馈电的设计思想与方法作了一些探讨，希望能对微波电路的设计者有所帮助。
关键字：偏置电路、放大器、直流馈电
一个微带电路的设计包括电气设计与结构设计，而电气设计又分为馈电电路设计（主要是直流偏置或一些控制电路的馈入）与微波电路的设计（匹配网络设计）。在微波段由于频率很高，放大器即使噪声或增益的很小的改善，都会牺牲很高的微波性能为代价，因此馈电路在的设计就显得尤为重要，在设计中必须提供稳定的偏置条件，使元件工作在最佳的工作状态，从而获得好的微波性能指标。
微带电路中偏压电路的设计原则如下：（1）反射小，即对主传输线的附加驻波要小（2）引入噪声小，即要求在有高频能量传输的网络中，尽量使用无耗网络，特别是放大器的第一级，如果实在不能避免则必须要加滤波网络来减小附加噪声的引入（3）附加损耗小，即要求在频带内呈现纯电阻要小，使能量尽可能的沿主线传输到负载，但有耗网络的引入可以改善系统的驻波，因此可以根据具体的设计需要进行取舍（4）高频能量泄漏小，即要有一定的频率选择性，不能使频带内的高频能量沿馈电泄漏出去，而使放大器的增益和输出功率降低。
偏置电路网络分为有源偏置与无源偏置，无源偏置网络结构简单，一般情况下能满足设计要求；有源偏置网络能够得到更为稳定的工作点，但相对来说电路较为复杂，因此这需要根据具体的设计要求进行选择。无源偏置网络在频率较低的电路中，一般就是由电阻、电容、电感等无源元件构成；但在微波电路中为了尽可能小的引入寄生参量，偏置电压的加入通常是直接与电源连接或接地。有源偏置网络，即使在偏置电路中利用有源器件（如：BJT、FET）来建立更稳定的工作点。
＜一＞ 无源偏置网络 最简单的偏压电路设计为1/4波长分支线法,即一段1/4工作波长的高阻线，与1/4工作波长低阻线构成.。高阻线的特征阻抗高（一般为100欧左右），其特征是宽度很窄、长度较长，对一定频率较高的微波信号呈现很高的阻抗，相当于RF开路(相当于集中参数电路中的RFC高频扼流圈)；低阻线特征阻抗较低，其特点是宽度很宽，对一定频率的微波信号呈现很低的阻抗值，相当于RF短路（相当于集中参数电路中的高频旁路电容C）,如图。
偏压线从高低阻线的交接处加入，因为低阻线经1/4工作波长后为短路，即高频零电位点，因此在这一点接入直流馈电理论上讲对电路没有什么影响，但在实际工程由于制造工艺或者考虑工作频带等原因，会使该点并非是理想的高频零电位，因此在此接入直流馈电引起附加的参量，将会使微波性能有所降低。为了减少偏压线的这种影响，一般情况下也将它做成高阻抗的细线，以减少旁路的作用，因此由偏压点接入点经1/4工作波长馈入到主线时，就会的到无限大的阻抗，而减少对主线的影响。当然如果要更为精确的考虑话，还要考虑接入点不连续性引起的附加电容，这时就会使低阻线的线长稍微的缩短，来抵消低阻向高阻过渡时不连续性引起的附加电容值。 当然这样设计的局限性就是系统的频带较窄，如果所设计的系统频带要求较宽，可以对上面的设计加以改善而达到，如左图。在高阻线接入点的左右两边分别接入1/4工作波长特征阻抗不一样的(一般来说阻抗较低)总长为1/2工作波长的传输线，由于总长为1/2工作波长，根据阻抗变换原理它对输入输出口影响较小，而且可以根据设计频带的需要调节它的阻抗值，从而使馈电线路在较大的频带范围内对主线附加影响小，这样使设计的灵活度更高。 当然还有一些其他的馈电方式，如低通滤波馈电（只有低频能量通过，高频能量不能通过，而被阻止）等，在此就不作一一的介绍。 ＜二＞有源偏置网络
无源偏置网络虽然电路较为简单，但其工作点随电源电压、温度等外界条件变化较大，特别是工作点随温度影响较大，即所谓的温漂效应，这会使放大器的性能不稳定，甚至使放大器进入饱和区而无法正常放大信号。因此在高稳定度设计中，由于有源偏置网络高稳定度而得到了广泛的应用。在设计中一般采用晶体管的恒压、恒流性能来达到稳定工作点的目的。下面介绍一种常用的共S有源偏置电路，在此只是给出一种设计思想，在设计时还要根据具体的设计要求进行改进，如下图。由于BJT晶体管恒作用会使FET晶体管的工作点有很高的稳定度，受外界影响较小。
总之，在微带电路中直流馈电的设计必须满足文中第二段所介绍的设计原则，深刻理解并灵活运用此原则将会对你的设计有很大的帮助。
| 
楼主
标题置顶
标题高亮
