第11章 微波放大器设计.pptVIP

第11章 微波晶体管放大器 放大器是射频与微波电路中最基本的有源电路模块 常用的微波晶体管放大器有低噪声放大器、宽带放大器和功率放大器 微波低噪声放大器的主要技术指标有： 噪声系数与噪声温度 功率增益 增益平坦度 工作频带 动态范围 端口驻波和反射损耗 稳定性 11.1 二端口功率增益定义 二端口功率增益的计算公式 11.1.2 二端口功率增益的进一步讨论 二端口功率增益计算例子 单向FET放大器转移功率增益计算： P464 低噪声MMIC照片 11.2 稳定性 无条件稳定： 不管源阻抗和负载阻抗如何，放大器输入输出端反射系数的模都小于1，网络无条件稳定（绝对稳定） 条件稳定： 在某些范围源阻抗和负载阻抗内，放大器输入输出反射系数的模小于1，网络条件稳定（潜在不稳定） 11.2.1 稳定性圆 稳定性圆： 11.2.2 无条件稳定的检验 K-Δ检验法： 低噪声放大器设计的依据与步骤 依据：满足规定的技术指标。 噪声系数（或噪声温度）、功率增益、增益平坦度、工作频带、动态范围等； 输入、输出为标准微带线，其特征阻抗均为50?。 步骤： 放大器级数 晶体管选择 电路拓朴结构 电路初步设计 用CAD软件进行设计、优化、仿真模拟 电路设计原则 在优先满足噪声小的前提下，提高电路增益。即根据输入等增益圆、等噪声圆，选取合适的?S ，作为输入匹配电路的设计依据。 输出匹配电路设计以提高放大器增益为主。 满足稳定性条件。 结构、工艺上易实现。 输入匹配电路——要求 输入匹配电路——结构类型 并联导纳型匹配电路 输入匹配电路举例 级间匹配电路—基本要求 其基本任务是使后级微波管输入阻抗与前级微波管输出阻抗匹配，以获得较大增益。在达到级间共轭匹配时应有： Zin = ZT1* Zout = ZT2* 由于级间匹配电路是电抗性匹配，它的输入和输出达到共轭匹配。 如果级间电路是第1级微波管后面的电路，除了增益匹配之外，对它还有两个要求： （1）按低噪声设计，使第2级要有足够低的噪声。 （2）要兼顾第1级输入驻波比。 级间匹配电路—第2级按低噪声设计 随着技术的进步，第1级微波放大的噪声越来越低。相对来说，第2级噪声对整机的噪声附加值愈加突出。 举例来看，具体参数是： 第1级噪声温度 T1 = 25K （FdB = 0.36dB） 第1级相关增益 G1 = 12 （G = 11dB） 第2级噪声温度 T2 = 120K （FdB = 1.5dB） 整机噪声温度 T = 25 + 120/12 = 35K 这时整机噪声温度增大10K，即增大了40%。若第2级按低噪声设计，使T2 = 40K，整机噪声温度T = 25 + 40/12 = 28.3K，此时整机噪声温度仅增大3.3K。 因此，对于要求较高的低噪声放大器，必须第2级也按低噪声设计。 级间匹配电路—兼顾第1级输入驻波比 第1级设计在最佳噪声匹配状态下，放大器输入驻波比一定不很好。利用微波管反向传输系数S12有可能适当调整第1微波管的输入反射系数?o1。 级间匹配电路—典型级间匹配电路 输出匹配电路—基本要求 输出匹配电路的基本任务：把微波管复数输出阻抗匹配到负载实数阻抗50?。 输出匹配电路应解决的目标有以下几项： 1、提高增益 2、改善整机增益平坦度 3、满足放大器输出驻波比 4、放大器的稳定性 输出匹配电路—满足放大器输出驻波比 输出驻波比的指标主要是靠输出匹配电路解决。一般的微波管s22比s11要小些，所以比较容易达到良好匹配。 匹配完善时，输出驻波比很小，但增益又成为向右上倾斜，因此要兼顾这两项指标。如果是多级放大器，末级可以只考虑驻波比，而增益平坦度指标由末前2级承担。 输出匹配电路—改善放大器稳定性 前述匹配电路大都是电抗性匹配。如果加入电阻就形成有耗匹配，如图所示。 输出匹配电路—改善放大器稳定性 通过对R阻值和分支微带特性阻抗Zr的调整，可以控制频带形状和对增益压缩的大小，这样就能使倾斜增益得以校正，而且对带外增益抑制更多。 由于有阻性损耗，就比纯电抗匹配法对驻波比的影响小，更有利于改善输出驻波比。 有耗网络匹配方法，将对放大电路引入电阻热噪声，因此只能用于输出电路，不能用于前级。 放大器整体电路－微带电路 给出一个完整的C波段低噪声放大器微波电路。为了便于分析，图中未画出偏置电压的引线和电源部分的电阻电容元件。 第1级FET按最佳噪声要求设计。 第2级也是最佳噪声设计。 第3级和第4级用直接移相线段作级间匹配电路 放大器整体电路－微带电路 第1级FET按最佳噪声要求设计。为了改善稳定性，在FET的两个源极和地之间各串联一段微带线构成串联负反馈。 栅偏压由扇线短路点引入。 主微带线两侧各加有一排方形小块，是微调小岛。