RF Circuit design(Topic 7)_放大器稳定性判定..
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S
1 1 1
S
S
S 1
S 1 S
S 1
2
S
S 1
2
S
2
因为Γin=Γ1=b1/a1，
bs a1 1 ins
1 1 S
放大器的功率关系
所以，放大器的入射 波功率：
bs 1 2 1 Pinc a1 2 2 1 in s
2 2
显然，放大器输入端 的实际输入功率应为 入射波功率减去反射 波功率，即:
RF Circuit Design: Theory and Application
福州大学通信工程系 许志猛
TOPIC 7-1
主要内容
放大器的基本原理
放大器的分类 放大器的特性指标
放大器的功率关系 放大器的功率增益 放大器的稳定性判定
稳定性判别圆 绝对稳定 有条件稳定 稳定性措施
放大器的功率关系
如果把两个匹配网络分别归入信号源和负载阻抗中， 则放大器电路可以简化如下图。 由此模型分析放大器的功率关系。
放大器的功率关系
设信号源阻抗为 Zs ，匹配 a b 网络阻抗为 Z0 ，则信号源 b 的归一化电压： 信号源 双端口网络 Vs Z 0 bs / Z0 Z s Z0 已知 b1 是放大器输入端口 b b 的反射波，但对信号源来 b 说它是入射波。 b1 被信号 b 源 Zs 再反射后变成了向放 b 大器入射的波。 bS 1 2 b b [1 ( ) ] 于是输入端口的入射波： 1 S 1 1 S 1 S
b2 s22 a2
a1 0
b1 s12 a2
[ b ]Байду номын сангаас[ s ] [ a ]
a1 0
b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2
ai、bi分别为输入、输出信号的振幅大小。
放大器的网络模型
下图为典型单级放大器，其输入端接信号源，输出 端接负载。
输入、输出匹配网络可用于减小有害反射从而增加功率 流容量。 放大器的指标由其在特定偏置条件下的S参量确定。
转换功率增益
负载吸收功率与信号源资用功率的比值称为 放大器的转换功率增益，即：
GT PL / PA 1 2 (1 L ) 2 2 1 S 22 L
由
S 21a1
2
1 2 1 s
2
bs
2
2
bs a1 (1 ins )
小信号放大器的性能指标
增益和增益平坦度（以dB表示） 工作频率及带宽（单位Hz） 稳定性 噪声系数（以dB表示） 输出功率（单位dBm） 输入输出端口匹配( 反射系数或驻波比) 直流工作电压和电流（单位V和A） 其他参数：
线性度（动态范围）、交调失真、谐波、反向隔离等
RF/MW放大器的基本原理
放大器是无线收发机中的重要组成部件。 类似于低频放大器， RF/MW 放大器电路是 为了获取稳定的增益，其基本原理相同。 在 RF/MW 放大器电路中通常使用二端口网 络进行描述，用 S 参量表述晶体管的特性， 因此其分析和设计也是基于 S 参量和二端口 网络。 对射频电路而言，要特别关注输入端与输出 端的阻抗匹配问题。
转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用 功率之比，与两端阻抗都有关，即：GT=PL/Pa。 实际功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端吸收功率 之比，与源阻抗无关，与负载阻抗有关，即：G=PL/Pin 。 资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之 比，源端和负载端均共轭匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗 无关。它是放大器增益的最大潜力，即：GA=Pavs/Pavs。
器之间有最大功率传输。
在共轭匹配下信号源传给负载（放大器）的最 大功率定义为信号源的资用功率（记作PA）：
PA P in
in s
bs 1 2 (1 in ) 2 2 1 ins
2
in s
1 bs 2 1 s
2
2
可见，信号源资用功率与Γ s有关。
放大器的二端口网络表示
所有放大器，不管其内部结构是什么，都可以 用线性二端口模型来描述。 当频率在 RF 频段以上时，通常采用 S （散射） a 参量来描述网络。 a 2 1 b b b2 b1 s11 s21 [S] a2 0 a2 0 2' 1' a1 a1
2 2 1 1
RF/MW放大器的分类
按用途： 低噪声放大器 中频放大器 可变增益放大器 功率放大器
中功率放大器、大功率放大器。
按信号的强弱： 小信号放大器 大信号放大器 按工作范围： 宽带放大器 窄带放大器 按电路组态工作点的位置： A(甲)类、B(乙)类、C（丙）类……等
1 2 1 2 1 2 1 S21a1 2 2 PL b2 a2 b2 (1 L ) (1 L ) 2 2 2 2 2 1 S22 L
2
放大器的功率增益
射频微波晶体管放大器功率增益是管子 S参数、信号 源阻抗和负载阻抗的函数。 信号源阻抗、负载阻抗与放大器的匹配状态不同时， 所得功率增益是不同的，通常有：
放大器的功率关系
对于输出端口，应用同样的原理分析。 已知a2是放大器端口2的入射波，但对负载来说 它是反射波，所以有：a2 b2L b2 S21a1 S22 , a2 S21a1 S22b2L 又由S参量定义， S 21a1 整理得： b2 1 S 22 L 因此，负载的输入功率（即负载吸收的功率）：
1 2 1 2 Pin a1 b1 2 2 1 2 1 2 a1 a1in 2 2 1 2 2 a1 (1 in ) 2 bs 1 2 (1 in ) 2 2 1 ins
2
放大器的功率关系
如果放大器的输入阻抗与信号源的阻抗共轭匹 Z Z 配，即: in s ，或 in s 。则信号源到放大
1 1 1
S
S
S 1
S 1 S
S 1
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S
S 1
2
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因为Γin=Γ1=b1/a1，
bs a1 1 ins
1 1 S
放大器的功率关系
所以，放大器的入射 波功率：
bs 1 2 1 Pinc a1 2 2 1 in s
2 2
显然，放大器输入端 的实际输入功率应为 入射波功率减去反射 波功率，即:
RF Circuit Design: Theory and Application
福州大学通信工程系 许志猛
TOPIC 7-1
主要内容
放大器的基本原理
放大器的分类 放大器的特性指标
放大器的功率关系 放大器的功率增益 放大器的稳定性判定
稳定性判别圆 绝对稳定 有条件稳定 稳定性措施
放大器的功率关系
如果把两个匹配网络分别归入信号源和负载阻抗中， 则放大器电路可以简化如下图。 由此模型分析放大器的功率关系。
放大器的功率关系
设信号源阻抗为 Zs ，匹配 a b 网络阻抗为 Z0 ，则信号源 b 的归一化电压： 信号源 双端口网络 Vs Z 0 bs / Z0 Z s Z0 已知 b1 是放大器输入端口 b b 的反射波，但对信号源来 b 说它是入射波。 b1 被信号 b 源 Zs 再反射后变成了向放 b 大器入射的波。 bS 1 2 b b [1 ( ) ] 于是输入端口的入射波： 1 S 1 1 S 1 S
b2 s22 a2
a1 0
b1 s12 a2
[ b ]Байду номын сангаас[ s ] [ a ]
a1 0
b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2
ai、bi分别为输入、输出信号的振幅大小。
放大器的网络模型
下图为典型单级放大器，其输入端接信号源，输出 端接负载。
输入、输出匹配网络可用于减小有害反射从而增加功率 流容量。 放大器的指标由其在特定偏置条件下的S参量确定。
转换功率增益
负载吸收功率与信号源资用功率的比值称为 放大器的转换功率增益，即：
GT PL / PA 1 2 (1 L ) 2 2 1 S 22 L
由
S 21a1
2
1 2 1 s
2
bs
2
2
bs a1 (1 ins )
小信号放大器的性能指标
增益和增益平坦度（以dB表示） 工作频率及带宽（单位Hz） 稳定性 噪声系数（以dB表示） 输出功率（单位dBm） 输入输出端口匹配( 反射系数或驻波比) 直流工作电压和电流（单位V和A） 其他参数：
线性度（动态范围）、交调失真、谐波、反向隔离等
RF/MW放大器的基本原理
放大器是无线收发机中的重要组成部件。 类似于低频放大器， RF/MW 放大器电路是 为了获取稳定的增益，其基本原理相同。 在 RF/MW 放大器电路中通常使用二端口网 络进行描述，用 S 参量表述晶体管的特性， 因此其分析和设计也是基于 S 参量和二端口 网络。 对射频电路而言，要特别关注输入端与输出 端的阻抗匹配问题。
转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用 功率之比，与两端阻抗都有关，即：GT=PL/Pa。 实际功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端吸收功率 之比，与源阻抗无关，与负载阻抗有关，即：G=PL/Pin 。 资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之 比，源端和负载端均共轭匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗 无关。它是放大器增益的最大潜力，即：GA=Pavs/Pavs。
器之间有最大功率传输。
在共轭匹配下信号源传给负载（放大器）的最 大功率定义为信号源的资用功率（记作PA）：
PA P in
in s
bs 1 2 (1 in ) 2 2 1 ins
2
in s
1 bs 2 1 s
2
2
可见，信号源资用功率与Γ s有关。
放大器的二端口网络表示
所有放大器，不管其内部结构是什么，都可以 用线性二端口模型来描述。 当频率在 RF 频段以上时，通常采用 S （散射） a 参量来描述网络。 a 2 1 b b b2 b1 s11 s21 [S] a2 0 a2 0 2' 1' a1 a1
2 2 1 1
RF/MW放大器的分类
按用途： 低噪声放大器 中频放大器 可变增益放大器 功率放大器
中功率放大器、大功率放大器。
按信号的强弱： 小信号放大器 大信号放大器 按工作范围： 宽带放大器 窄带放大器 按电路组态工作点的位置： A(甲)类、B(乙)类、C（丙）类……等
1 2 1 2 1 2 1 S21a1 2 2 PL b2 a2 b2 (1 L ) (1 L ) 2 2 2 2 2 1 S22 L
2
放大器的功率增益
射频微波晶体管放大器功率增益是管子 S参数、信号 源阻抗和负载阻抗的函数。 信号源阻抗、负载阻抗与放大器的匹配状态不同时， 所得功率增益是不同的，通常有：
放大器的功率关系
对于输出端口，应用同样的原理分析。 已知a2是放大器端口2的入射波，但对负载来说 它是反射波，所以有：a2 b2L b2 S21a1 S22 , a2 S21a1 S22b2L 又由S参量定义， S 21a1 整理得： b2 1 S 22 L 因此，负载的输入功率（即负载吸收的功率）：
1 2 1 2 Pin a1 b1 2 2 1 2 1 2 a1 a1in 2 2 1 2 2 a1 (1 in ) 2 bs 1 2 (1 in ) 2 2 1 ins
2
放大器的功率关系
如果放大器的输入阻抗与信号源的阻抗共轭匹 Z Z 配，即: in s ，或 in s 。则信号源到放大