第6章-射频放大器的设计03讲课稿

(2)若微带线匹配网络中不应用短路短截线， 则直流偏置必须经过 短 g 路线注入。
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6.3宽带RF放大器
• 1.频率补偿匹配：
• 原理：在放大器的输入或输出端口引入适当的失 配，用于补偿S参数的频率特性。
• 方法：
•
(1)输入端选频匹配，并且匹配网络的Q值较
小，带相对较宽；同时，输出端口采用纯电阻或
3.稳定性判定
•自激振荡：当放大器的输入端的输入信号
为0，其输出端仍有振荡信号输出，此放大器 就处于自激振荡状态。
•稳定放大器：放大器的输出信号又依赖
于输入信号的存在而存在、变化而变化。
•放大器的稳定性：
绝对稳定(无条件稳定)：此时任何负载阻抗和
源阻抗都能使放大器稳定。
潜在不稳定( 有条件稳定)：负载和源阻抗不
步骤：
•将S11点标于导纳圆图，为y11点； •从y11开始，沿等 圆向传输线始端方向行进 L1
至y11’点，(此时，须：Re(y11’)=1;那么，只要制造 一个并联的“-Im(y11’)”就实现了共轭匹配)
•再找到“0-Im (y11’)”点，从“0-Im (y11’)”点开始，
沿g=0圆(因为并联导纳)向传输线终端方向行进 L2至短路/开路点，这样就制造了一个并联导纳 数值为“-Im (y11’)”与“+Im (y11’)”抵消，就实现 了共轭匹配，此时，在此终端点处，是短路点 (或开路点)，则短截线L2就为短路线(或开路线)。
• 3始.再，找沿到g=“0圆0-I(m因(为y2并2’)联”点导，纳从)向“传0-输Im线(y终22’端)”方点向开 行进L4至短路/开路点，这样就制造了一个并联 导纳数值“-Im (y22’)”与“+Im (y22’)”抵消，就 实现了共轭匹配，此时，在此终端点处，是短 路点(或开路点)，则短截线L4就为短路线(或开 路线)。
2.输出匹配网络设计：
• 已知晶体管的S22，目的：将S22对应的阻 抗值与参考阻抗Z0(通常外负载阻抗数值 为Z0)进行共轭匹配。为方便微带以并联 为电纳为主，匹配过程在导纳圆图上进 行。
• 步骤：
1.将S22标于导纳圆图，为y22点;
• 2L要轭.3从制 匹至y造 配y222开)一2’点始个，，并(沿联此等的时电， 圆纳须向“：传-RIme输((yy线2222’始’))=”1端就;那方实么向现，行了只进共
3.微带放大器电路形式
• 实际各线长：
L1 l1 g L2 l2 g
L3 l3 g L4 l4 g
另外，其它匹配形式：S11(或S22) 先消去对应阻抗的虚部，再将剩下的 实部经 g 线转换成Z0值。
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4.偏置注入网络：
(1)若微带线匹配网络应用短路短截线，则可以直 接将直流偏置从短路线的交流短路点注入。
k
1
S11 2
S 22
2
2
1
2 S12 S21
且
S11 S22 S12 S21 1
放大器的稳定措施：
1.通常在输入、输出回路中增设阻尼电阻 (串联或并联)；
2.选合适参数的放大器件;
3.选择合理的工作点;
4.正确选择组成谐振电路的L/C值关系 (串联:L高,Q高;并联:C高,Q高)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(5) 直流输入功率：放大器工作时，对电
源的耗电。
(6) 输入、输出端驻波系数：在规定的参
考阻抗条件下，衡量放大器的输入阻抗和 输出阻抗对参考阻抗的接近程度。
(7) 噪声系数：RF放大器本身产生热噪声
的指标。在微弱信号放大时，必须是低噪 声放大器。
(8) 稳定性：放大器在工作频带内必须是
稳定工作的，不能产生自激振荡。
(RinZ0)2Zin2
不出现负阻,必须:in 1
•对于输出端同理：无负阻时，必须：
out 1
由输入和输出稳定条件得放大器 稳定性判据：
i n 1 o u t 1
采用”稳定因子k”判定绝对稳 定: • 如果给出了电路端口或元器件的S参数条件,
则:放大器输入/出的绝对稳定的判定可用稳定 因子方法:
能任意选择，有一定的限制才能使放大器稳定。
•放大器稳定性判定原则：
判定放大器的输入和输出端是否具有 负阻现象：
有负阻--自激； 无负阻--稳定
对于输入端口：设放大器的 输入阻抗为：
Zin RinjXin
有：in
ZinZ0 ZinZ0
(RinZ0)jZin (RinZ0)jZin
in
(RinZ0)2Zin2，若出现负阻时(Rin<0),即:in 1不稳定!
第6章-射频放大器的设计 201003
(2) 增益平坦度：在工作频带内，增益的
不均匀程度。如：不均匀度±0.5dB, ±1dB.
(3) 工作频率及带宽：
工作频率：一般指放大器具有最正常 放大状态的中心频率；
带宽：指放大器具有正常放大状态的 频率范围。
(4) 输出功率：表示放大器在输出信号满
足一定的线性要求前提下，所具有的输出 能力。
阻抗作为直流负载(纯电阻负载对频率无关！阻抗
负载使得高频时阻抗上升！以弥补 而 S 2 1 )。
S
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随
f
• (2)故意将匹配网络设计在高频端，这样 使高频端匹配良好，高频端匹配网络的 附加增益相对较高，以弥补高频端 S 2 1
的变小，使高频端总增益不至于过低；
同时，在低频端侧，匹配网络造成一定 的失配，使匹配网络的附加增益很小(小 于1倍)，由于在低频端 S 2 1 较高，这样使 得低频端的总增益不至于过高！最终使 放大器在整个工作带宽内实现均匀。
1 1 | S11
|2
GL —表明由输出端匹配情况及S22数值大
小所致的附加增益，匹配时：GLMAX
1 1| S22
|2
G0 —放大元件本身的放大能力。
所以放大器的匹配状态直接影响放大器的
增益性能！
以单级微带放大器设计为例，介绍设 计步骤：
设计步骤：
1.输入匹配网络设计：
已知晶体管的S11，目的：将S11对应的阻抗值 与参考阻抗Z0(通常源阻抗数值为Z0)进行共轭 匹配。本方法为了简便，就都在导纳圆图上 进行。
6.2 RF放大器的设计(本课程只讨论单 向化设计)
•单向化设计条件：S12=0 (若晶体管的
S12很大，那就意味着此管很差)
增益分析：
G Tu1 1 S1 1 SS 22S2121 1 LL S2 2 2G SG 0G L
其中：
GS—表明由输入端匹配情况及S11数值大小
所致的附加增益，匹配时：GSMAX