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一种射频功率管的输入输出阻抗测量方法
1 引 言
在设计射频放大电路的工作中,一般都要涉及到输入输出阻抗匹配的问题,而匹配网络的设计是解
决问题的关键,如果知道网络设计需要的阻抗,那么就可以 利用射频电路设计软件(如 RFSim99)
自动设计出匹配网络,非常方便。一般在阻抗匹配要求不很严格的情况下,或者只关心其他指标的
情况下,可以对器件 的输入输出阻抗作近似估计(有时器件参数的分散性也要求这样),只要设计
误差不大就可行。但是在射频功率放大器的设计中,推动级和末级功率输出的设计必须 要提高功
率增益和高效率,这时知道推动级和功率输出级的输入输出阻抗就显得非常重要。在功率管的器件
手册上一般都给出了在典型频率和功率下的输入输出阻 抗,为工程设计人员提供参考,但是由于
功率管参数的分散性和工作状态(如工作频率、温度、偏置、电源电压、输入功率、输出功率等)
发生变化的情况下,手册 上的参数就和实际情况有很大的偏差。有时候为了降低产品的功耗,必
须设计出匹配良好和高效率的射频功率放大器,这时就有必要测量功率管在特定工作条件下的 输
入输出阻抗。在测定的过程中,首选的仪器是昂贵的网络分析仪,但是在不具备网络分析仪的情况
下,可以寻求用普通的仪器(如示波器、阻抗测试仪等)进行测 量。下面介绍一种用普通测量仪器
测量射频功率管在实际工作条件下的输入输出阻抗的方法。
2 阻抗测量的一般方法
阻抗测量方法主要有电桥法,谐振法和伏安法 3 种。电桥法具有较高的测量精度,是常用的高精度
测量方法,但在测量像射频功率管这样的有源非线性大信号 工作器件的阻抗,特别是要求功率管
在实际工作条件下测量有一定的困难,故电桥法难以应用。谐振法在要求射频功率管在实际工件条
件下也很难应用,主要原因是 在非线性大信号下的波形已经不是正弦波。伏安法是最经典的阻抗
测量方法,测量原理是基于欧姆定律,即阻抗 ZX 可以表示为 ZX=UXejθ/IX,UX 为阻 抗 ZX 两端
压降的有效值,IX 为流过阻抗 ZX 的电流有效值,θ 为电压与电流的相位差。但是在射频功率管的
基极和集电极的电压和电流均不是正弦波,所以基波 的 IX 和 θ 都很难准确测出,显然伏安法在
这里有很大的局限性。这 3 种方法在测量射频功率管在实际工作条件下的输入输出阻抗都难以应
用,下面介绍一种间接测 量阻抗的方法,他同时解决了滤除谐波和要求功率管在实际工作条件下
测试的问题,实践证明这种方法简便易行。
3 传输函数法间接测量阻抗的方法原理
图 1 中网络 HA,HB,ZX 组成测试网络,图2中HC为其等效网络。HA,HB 为无源线性双口网络,
起着匹配、隔离和滤波的作用,使得在 bb′处能观测到比较好的正弦波。HC 的传输函数可以表示
为:
Uaa′,Ubb′为 aa′和 bb′处的电压的有效值,θ 为 aa′和拍 bb′处电压的相位差。只要测出
Uaa′,Ubb′和 θ 就可得到传输函数 HC,由于 HA,HB 为已知线性网络,通过计算就可求得待测
阻抗 ZX。