隨著科技的進步，半導(dǎo)體制造技術(shù)日新月異。微波晶體管的輸出功率能力在個個頻段都得到不斷提高，在甚高頻頻段已有單管輸出連續(xù)波600W的商品管，在L波段單管輸出峰值功率300W。單管輸出功率增大，使得同等功率量級固態(tài)發(fā)射機的體積、成本大大降低，電路形式也隨之簡化。這一切極大地推動了固態(tài)發(fā)射機在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。

微波晶體管輸出功率提高意味著它的輸入、輸出阻抗變小，尤其是未進行內(nèi)匹配的晶體管，這給電路的設(shè)計帶來了許多新問題。本文以高功率晶體管MRF154放大器設(shè)計為例，對匹配電路中片狀電容器進行分析，給出它的等效電路及放大器的實驗結(jié)果。

2、理論分析

2.1、輸出匹配電路

高頻晶體管MRF154是MOTOROLA公司的商品晶體管，它能在100MHz輸出600W的功率。該管沒有進行內(nèi)匹配，手冊中未給出輸入、輸出匹配阻抗值。我們可以從它的輸出功率、工作電壓近似求得輸出端的阻抗實部RL。
VDD＝50V，P＝600W。

故RL的值在1Ω～2Ω之間。

實驗在100MHz進行，為簡化電路形式，采用一級Г型匹配電路，因此得到
Q ＝（50/R－1）0.5
ZL ＝j(luò)（RL×Q－X）
ZC ＝－jRL(1＋Q2）/Q

匹配電路原理圖如下：

由于R的值較小，所以Q值高，ZL、ZC的模均小于10Ω。故ZL可以采用一段傳輸線實現(xiàn)，ZC選用片狀電容器實現(xiàn)。

2.2、電容器的等效電路

高頻與UHF頻段，在設(shè)計功率放大器的匹配電路時，一般將片狀電容器作為集中參數(shù)處理，常常認為是一個理想電容器。在小功率單管放大器設(shè)計中，電容器的阻抗模值比較大，電容器容量較小，上述假設(shè)近似成立，但是大功率單管放大器設(shè)計中，阻抗模值比較小，容量較大，上述假設(shè)不能成立。如果忽視這一點，將會帶來一系列的問題。

理想電容器實際上是不存在的，任何一種電容器工作中都要消耗一定的能量，同時又具有一定的電感。在高頻電路中電容器的電特性表現(xiàn)為一個復(fù)雜的二端口網(wǎng)絡(luò)，而非單純的容抗。其等效電路可簡化為如圖2所示的形式。

圖2中R為電容器引線電阻及介質(zhì)極化引入的等效電阻之和，C為電容量、L為電容器引線電感。

從圖中可以看出電容器有固定的諧振頻率，MRF154放大器工作頻率是100MHz，故電容器引線電感的感抗不可忽視，圖中三部分對電容器整體實際阻抗均有貢獻，不可忽略。

因此得到電容器的阻抗ZC

可見ZC是頻率的函數(shù)，如果頻率高到一定的值時，1/ωC與ωL可比擬，ZC將嚴(yán)重偏離電容器標(biāo)稱值的阻抗（－j/ωC）。

如CC41L－100V－240pF片狀電容器，查相關(guān)手冊得此電容的諧振頻率f0＝200MHz、R＝0.1Ω。根據(jù)諧振條件得：
Zc的虛部與頻率關(guān)系曲線見圖3，縱坐標(biāo)為Zc的虛部(單位Ω)，橫坐標(biāo)為頻率（單位MHz）。

由此得到：f=100MHz,240Pf的標(biāo)稱電抗值Zc1=-j6.6317Ω，而實際電抗值Zc2=0.1-j4.9746(Ω),可見當(dāng)電容器容量較大時匹配電路中的容抗是不能由標(biāo)稱值得到的。

電容器的Q值由下式求得

由于R的存在，電容器的Q值不等于無窮大，影響Q值的因素很多。顯然它隨頻率上升而下降，頻率相同時容量越大Q值越小。Q值低的電容器意味著在工作中承受的有功功率相對較高。在高功率放大器設(shè)計中如果考慮欠佳有功功率造成電容器溫升過高易造成電容器失效，影響放大器的性能。

在設(shè)計MRF154功率放大器匹配電路時，考慮用6只39Pf的電容器代替一只240Pf電容器。39Pf電容器Q值、諧振頻率高，可以近似認為在100MHz時相當(dāng)于理想電容器、多個電容器并聯(lián)使它的總體積增大，電容器的寬度對電路有一定的影響，等效電路如圖4。實際電路ZL用一段50Ω微帶線實現(xiàn)，線寬2mm，片狀電容器外形為0805，所以圖中微帶線寬2mm，長1.27mm。

計算得上圖從左邊看進取的阻抗Zc＝-j6.46Ω。

計算證明工作在100MHz時，上述替代對電路的影響可以忽略不計。

3、實驗數(shù)據(jù)