射频放大电路设计

S12 S 21G L 1 S11 1 S 22 G L S12 S 21G S S 22 1 S G 1 11 S
Critical condition
7.1.1 放大电路稳定性分析
S11 S11S 22 S12 S 21 G L 1 S22 G L 1
2 2
1
2
2 S12 S 21
2
1
B1 1 S11 S 22
K 1 1
K 1 B1 0
7.1.2 绝对稳定的充要条件
f（GHz） S11 0.761151 0.5 1.0 1.5 2.0
0.770166 0.760174 0.756179
G IN S12 S21G L S11 1 S22 G L
GOUT S12 S21G S S22 1 S11G S
S12 S 21G L 1 S11 1 S 22 G L S12 S 21G S S 22 1 S G 1 11 S
ZL
7.1.1 放大电路稳定性分析

放大电路绝对稳定：
G IN 1 GOUT 1 对于任何 GS 1 GL 1
•放大电路有条件稳定：
G IN 1 GOUT 1 对于一定范围内的G S 和G L
7.1.1 放大电路稳定性分析
VS
+
T
7.4 功率放大电路
7.4.1 A类功率放大电路 1dB增益压缩点（G1dB）定义为：由于晶体 管的非线性特性，放大电路实际输出功 率增益比线性功率增益降低1dB时放大电 路的实际功率增益。

G1dB dB GO dB 1dB
P dBm PIN ,1dB dBm G1dB 1dB

参数的变化：



环境温度改变 频率漂移 信号源阻抗 负载阻抗

射频放大电路的稳定性是非常重要因素
7.1.1 放大电路稳定性分析
GS Z0 VG
+
GIN
GOUT GL
输入匹配 网络
射频晶体管 放大电路[S]
输出匹配 网络
ZL
GS
GIN
GOUT
GL
VG ZG
+
晶体管 放大电路 [S] ZIN ZOUT
FN 1 F2 1 F3 1 F F1 GA1 GA1GA2 GA1GA2 GA N 1
注意单位
7.2.3 等噪声系数圆
F Fmin rn YS Yopt gS
2
等增益圆
等噪声系数圆
7.3 宽带放大电路

1）
补偿匹配电路
C T RS VS + L RL
7.4.1 A类功率放大电路

对于A类放大电路定义输出信号有效的功 率范围为放大电路的动态范围
DR P Po, mds dB 1dB
噪声底的功率Po,mds
Po, mds dBm 10 log GA kT0 BF 3dB 174 dBm 10 log B GA dB F dB 3dB
第七章 射频放大电路设计
第七章 射频放大电路设计

7.1 小信号射频放大电路 7.2 射频放大电路的噪声


7.3 宽带放大电路 7.4 功率放大电路

7.2.1 噪声信号的特性和分类 7.2.2 等效噪声温度和噪声系数 7.2.3 等噪声系数圆


7.5 射频放大电路综合分析设计
7.1.1 放大电路稳定性分析

S11 1 给定晶体管S参数，通常满足： S 22 1
确定两个稳定区域 ：
S S G S11 12 21 L 1 1 S 22 G L S12 S 21G S S 22 1 S G 1 11 S
补偿匹配网络
7.3 宽带放大电路

2）
T1 匹配 网络 匹配 网络
平衡放大
3dB耦合器 1 50W Z0 Z0
2 Z0 2
3dB耦合器 RFIN 1 2
Z0 2
T2 4 50W 3 匹配 网络
匹配 网络
2 Z0 2
RFOUT 4 Z0
Z0
3 Z0
7.3 宽带放大电路

3）
R2
负反馈放大电路
B rbe VBE E R1 R1 R2 C gmVBE
Re Z S Z IN 0 Re Z L Z OUT 0
T R T R
7.1.4 放大电路的增益
转换功率增益： 工作功率增益： 可用功率增益：
GT PL 负载吸收的功率 PAVS 信号源的可用功率
PL 负载吸收的功率 GP G PIN 输入到网络的功率 PAVN 网络的可用功率 GA PAVS 信号源的可用功率
7.1.4 放大电路的增益

2. 单向传输情况
max
GT
GS
max
GO GL
max

1 1 S11
2
S 21
2
1 1 S22
2
1 1U
2
GT 1 GTU 1 U
2
7.1.4 放大电路的增益

3. 双向传输情况
1 1 G MS
2
GT max
S21
2
1 G ML
有噪声 放大电路
PNI=0
PNO
R
R T=0K
T=T GA, B, TS 2 R T=T1
K RL
有噪声 放大电路
PNO
无噪声 RL 放大电路
GA, B, TS PNI
PNO RL
R T=Te
GA, B, TS
7.2.2 等效噪声温度和噪声系数
PNO T F PNO I PSI SNR IN PNO T PNI PSO G A PNI SNR OUT PNOT
A A
P2 P3
P Pi
i 1
N
A
P4
A
PN-1 功率 合成 PN-1+PN
功率 合成
A
PN
7.4.3 功率合成放大电路
Pi/N Pi/N Pi/N A G1Pi/N G2Pi/N G3Pi/N G4Pi/N
A A
Pi
功率 分配
Pi/N
Pi N P Gi N i 1
功率 合成
A
(a) K<1, |S11|>1, |S22|<1
(b) K<1, |S11|>1, |S22|<1
7.1.2 绝对稳定的充要条件
K 1 1 S11
S11 S 22 S12 S 21 K 1 S11 S 22
2 2 2
2
S12 S 21 1 S 22 S12 S 21
2 2
1 S 22 G ML
2 B1 B12 4 C1 G G MS S 2C1 2 B2 B2 2 4 C2 G L G ML 2C2
7.1.4 放大电路的增益

4. 输入和输出驻波系数
进入输入匹配电路的功率 PIN 与信号源可以输出的最大功率 PAVS 之比， 定义为输入端口 的失配系数
7.1.1 放大电路稳定性分析
RL CL |CL| |GIN|1 |CS| CS RS |GOUT|1
|GL|1
|GS|1
GL平面
GS平面
临界稳定圆

稳定性要求：
1、 L 1,即单位园以内。 G 2、 in 1所确定的GL区域，称为“输出端稳定判据园”。 G 当GL 0时，由7.6式可得 Gin S11 ，11 1则稳定，11 1 S S 则不稳定。 这就是说，当 S11 1 时便有GL 0的点位于稳定区，GL 0 的点位于稳定园 Gin 1以内 ，参见图7.（a）的阴影区。 2 当 S11 1 时便有GL 0的点位于不稳定区，即Gin 1, 参见 图7.（c）。显然其中阴影区为稳定区。 2 同理，可以判断7.（b）、.（d）在图上注明稳定区条件。 2 72 ,
7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4
A类功率放大电路 B类和C类功率放大电路 功率合成放大电路 功率放大的交调失真
7.1 小信号射频放大电路
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4

放大电路稳定性分析 绝对稳定的充要条件 潜在不稳定情况 放大电路的增益
7.1.1 放大电路稳定性分析
|GL|1
|GL|1
输出稳定圆 |S11|<1
输入稳定圆 |S22|<1
绝对稳定条件
7.1.1 放大电路稳定性分析
标出稳定的源反射系数取值的区域。实线 的圆表示|GS|=1，虚线的圆表示|GOUT|=1的 输入稳定圆，其他条件已经在图上标明。
|GOUT|1 |GOUT|1
|GS|1 |GS|1
7.4.2 B类和C类功率放大电路
Vout
Vout
Vin Vin t
Vout T 正偏置
t
Vin Vin t
Vout T 正偏置
t
Vout
Vout
Vout Vin t Vin t T 负偏置
t
Vin Vin t
Vout T 零偏置
7.4.2 B类和C类功率放大电路
IC1 VC T1 Vin Vin t IC2 T2 -VC Vout RL IC1 IOUT t 交越失真 Vout t
百度文库


（1）若(|S11|<1，则史密斯圆图中心点 （ΓL=0点）在稳定区域内。分2种情况。

① 若输出稳定判别圆包含史密斯圆图中心 点（如图7.2（a）所示），ΓL的稳定区域在输 出稳定判别圆内。ΓL的稳定区域是史密斯圆图 单位圆内输出稳定判别圆内的区域，是图7.2 （a）中的阴影区。

② 若输出稳定判别圆不包含史密斯圆 图中心点（如图7.2（b）所示），ΓL的稳 定区域在输出稳定判别圆外。ΓL的稳定区 域是史密斯圆图单位圆内输出稳定判别圆 外的区域，是图7.2（b）中的阴影区。
S11S22 S12 S21
S11 G L 1 1 S22 G L
参见教材165页式7.8整理，得到G平面上园的方程|G-C|=R （其中复数C代表圆心，正实数R代表半径）
GL
S
22
S
2
* * 11 2

S22

S12 S21 S22
2 2
7.1.1 放大电路稳定性分析
IC2 t
互补B类放大电路的基本电路
7.4.2 B类和C类功率放大电路
VC RFC IC t T RFC -VBB L C 谐振选频网络 t Vout(t) Vout
Vin Vin(t) t
IC
C类基本放大电路
7.4.3 功率合成放大电路
A P1 功率 合成 P1+P2 功率 合成 功率 合成 P3+P4 功率 合成
7.1.1 放大电路稳定性分析
RL CL |GIN|1 |CL| |CL| |GL|1 |GIN|1 |GL|1 |GIN|1 RL CL |GIN|1
|S11|<1
|S11|>1
临界稳定园，稳定区域
7.1.1 放大电路稳定性分析
RL CL |CL| |GIN|1 RS |CS| CS |GOUT|1
S12 0.02531
0.02935 0.04044 0.06448
S21 11.8102
6.1189
S22 0.429 35
0.365 34 0.364 43 0.423 66
3.0674
1.5353
7.1.3 潜在不稳定情况
T R T R
PIN MS PAVS
VSWRIN
1 Ga 1 Ga

1 1 M S 1 1 M S
7.2 射频放大电路的噪声

7.2.1 噪声信号的特性和分类 1） 热噪声 PN kTB 2） 散粒噪声 3） 闪烁噪声
I N rms 2qI DC B
7.2.2 等效噪声温度和噪声系数
Pi/N Pi/N
A
GN-1Pi/N
A
GNPi/N
7.4.3 功率合成放大电路
3dB耦合器 RFIN 1 2 匹配 网络 G1 A1 匹配 网络 50W G2 A2 3dB耦合器
4 50W
3
匹配 网络
匹配 网络 RFOUT
7.4.4 功率放大的交调失真
同理得到：
GS
S
11
S
2
* * 22 2

S11

S12 S21 S11
2 2
根据 Gin 1和 Gout 1所求得的GL稳定园和Gs稳定园， 称为稳定判据园。 与原本的GL园、Gs园（称为SMITH园）不同，圆心和 半径都不同。可以自行比较。 前者表示稳定条件，后者表示实际条件，两者对比 即可判断实际系统是否稳定。