怎样利用实用的方法构建C类功率放大器

为得到一款在整个相关频带具有常数Gα的产品，

其中：G_H=高频带侧f_H的增益。

利用Touchstone的优化能力，可根据模型方程3设计输入匹配网络。

推荐的宽带C类 PA计算机设计方法可被归纳为如下的系统步骤：

1． 为得到所需的输出功率、增益和电源电压，从器件数据手册中在要求的频带内选用大信号输入和输出阻抗(Z_in和Z*_OL)。

2．利用数值内插和外推技术扩展阻抗数据采样点。当确定器件在频率f_L、f_o和f_H的终端阻抗时，这是一项有用技术。

3．选用合适的单端口网络拓扑在整个频段为上述终端阻抗建模，并用Touchstone优化其要素值。

4．在设计好建模电路后，分别在建模电路和源及50欧姆负载终端间插入输入和输出匹配网络。通过一个大致的图形设计程式，可对匹配网络的元素进行初始估值。

5．对输入和输出匹配网络实施优化以实现期望的输入和输出匹配。输出匹配网络设计成可实现共轭匹配并能在整个频带为晶体管输出提供阻抗Z_OL。另一方面，输入匹配网络设计成能在f_L到 f_H间得到平坦的增益。通过选择性地在较低频率实施误配，可达到上述结果。将不同采样频率带入方程3可对输入反射系数进行估算并将其存储在外部数据文件中。然后对输入匹配网络进行优化以在整个频带对计算出的输入反射系数进行建模。

6．在保持所要求频率响应的前提下，基于实际情况，用Touchstone的调谐器窗对匹配网络的元素进行调制。

为验证上述程式的有效性，设计和搭建了一个PA电路。该C类 PA在225到400 MHz内具有10W输出功率，最小功率增益是10dB。因零偏置发射-基结结构兼具高效和结构简单的特点，所以，C类采用该结构。因具有优异的可靠性和耐用性，所以摩托罗拉/飞思卡尔的MRF321 UHF功率晶体管被选用。MRF321在400MHz具有10W RF功率，工作在28V。

输入和输出匹配网络的设计从在器件数据手册中选择输入和输出阻抗(Z_in和Z*OL)开始，然后在整个相关频段插入这些数据(可借助Touchstone完成)。表中显示的是插入在225 MHz到400 MHz频带内这些阻抗的样本值。图4显示的是输入匹配网络的图形设计。

中心频率(312.5 MHz)的输入阻抗位于点A。设计目标是当从点A移向图表的中心时，不超过常数Q规定的范围。其中：

图4显示，低品质因数(Q)宽带匹配网络电路可通过多个L部分实现。匹配电路包括三个低通L型部分和一个旁路电容(C4)以补偿输入阻抗Z_in的感应电抗。

但该网络具有一种包括两个低通部分(L5–C5和L6–C6)、一个高通元件(C7)的带通拓扑结构。旁路电感(L4)用于将晶体管的输出电容中和掉。因在此例中，输出阻抗水平更高，所以，输出匹配电路的增益带宽约束比输入匹配电路简单。该网络的梯形形式在谐波抑制中有用。

计算机建模程式以设计可预测从f_L到f_H间的Z_in和Z_out的建模网络开始。通过Touchstone对这些网络进行设计和优化。图6显示的是这些网络的最终优化电路元素值。