微波与射频技术学案.ppt

YL Y0Y L 0.0067 j0.00314
L2 11.21nH
C2 2 pF
微波低噪声放大器
16.3pF 3.62nH
11.14nH
2pF
50Ω
微波低噪声放大器
例2
在50系统中应用微带并联支路去设 计f=4GHz的最大增益的放大器
s11 0.8 160
s12 0
s21 4.275
1 .实际功率增益
GP
PL Pin
S21 2 (1 L 2 ) 1 S22L 2 (1 in
2)
2. 转换功率增益
GT
S21 2 (1 L 2 )(1 s 2 ) (1 S11s )(1 S22L ) S12S21SL
2
3. 资用功率增益
Gavs
1
S22
2
s
S21 2 (1 s 2 ( S11 2
匹配
匹配
网络
网络
ZL
最常用的放大器电路形式，技术指标一般。
微波放大器
3、平衡式放大器
输入 Pin
3dB90°
放大器1
电桥
放大器2
3dB90° 电桥
输入 Pin
功率 分配器
放大器1 放大器2
功率 合成器
输出 Pout
可改善输入和输 出驻波系数，拓 展带宽，抑制某 些组合频率分量， 也可用于功率合 成放大电路。
微波低噪声放大器
s s11 0.706160
50Ω
C1
L1
Zs
Zs
Z
0
1 1
s s
500.178
j0.171
50 50
j L1 j L1
1
j L1
Zs
微波低噪声放大器
输出匹配网络：
L s22 0.50820
Y L 1 L 0.335 j0.157 1 L
，
ZL
L2
C2
50Ω
已知单向晶体管放大器S参数，设计最大增益放大器的步骤：
1. Stability
2. GTu,max
3. s s11 out s22
4. Zs
Z0
1 1
s s
ZL
Z0
1 L 1 L
5. Matching Network
微波低噪声放大器
匹配网络
1.利用并联导纳或串联阻抗的匹配网络
微波低噪声放大器
微波放大器
8.1. Linear Amplifier Theory
放大器是电子电路中最常用的基本电路，其目的和作用就
是将小信号放大到一定功率电平的大信号，增益是大于1。
f1，Pin
f1，Pout
要求：Pout>Pin
放大器分类： LNA(Low Noice Amplifier — G ,NF 等 PA(Power Amplifier) — P1dB , G ，IP3等 NA(Nomarl Amplifier) — G,NF,Pout等
s22 0.7 20
2. 利用1/ 4波长阻抗变换器的匹配网络
g
g
4
4
实数 (a)
g 4
复数
复数
(b)
g 4
复数
实数 (c)
复数
复数
(d)
复数
图 4 g / 4 线 段 匹 配 网 络
微波低噪声放大器
3. 利用串联短线的匹配网络
1 实数
l
Z0
（ a）
l1
l2
21
复数
Z01 Z02
复数
（ b） 图5 短线直接匹配网络
输出 Pout
仅用于功率合成放大 电路。
微波放大器
4、分布式放大器
l
放 大 器
放 大 器
1
2
N
输出Pout 放 大 器
输入Pin
用于宽带和超宽带放大电路，可达十个甚至数十个倍频程。
微波放大器
5、注入锁定放大器
输入Pin
环形器
环形器
环形器 输出Pout
P1
P2
Pn
振荡源1
振荡源2
振荡源n
主要用于毫米波高端窄带，是典型的二极管类功率放大器
2
Rn : 等效噪声电阻
Ys Gs jBs : 源导纳
Ysopt Gsopt jBsopt : 最佳源导纳
注意：最佳增益和最佳噪声系数往往不一致，需折中考虑。
微波低噪声放大器
最大增益条件：
s s11 in
L
s22
out
GTu,max
1
1 s11
2
s21
2
1
1 s22
2
微波低噪声放大器
2) 2 ) 2 Re(sC1)
微波低噪声放大器
8.1.2 Power Gain For A Unilateral Transistor
对于单向化晶体管，有 S12＝0
GT
GTu
1 s 2 1 S11s 2
S21 2
1 L 2 1 S22L 2
输入网络
Z0
源
Gs
晶体管
G0
输出网络
GL
Z0
s
S11
S22
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L
[A]1,[A]2,[A]3…,[S],……,[A]m-2[A]m-1,[[A]m
微波低噪声放大器
将晶体管的[S]→[A]，有
m
At A I 1 t
再将[A]t→[S]t，则S21=G
在输入端对噪声源进行匹配：
式中
F
Fmin
Rn Gs
Gs
Gsopt
2
Bs Bsopt
微波放大器
设计过程基于晶体管的S参数。 晶体管可以是双极晶体管、FET、HEMT或者是HBT。 低噪声放大器（LNA): 低噪声系数、高增益 功率放大器(PA): 高输出功率、高效率
最重要的畸变现象是： 饱和、交调畸变、谐波畸变以及AM/PM变换等。
微波放大器
微波放大器主要技术指标：
1、工作频率f0，工作带宽（绝对带宽，相对带宽） 2、输入、输出驻波系数 3、功率增益，带内增益波动 4、噪声系数 5、输出功率Pout,带内功率波动 6、直流到射频效率ηdc和功率附加效率ηa 7、P1dB 8、ICP3 9、稳定性、负载特性（抗失配特性）
微波放大器
放大器电路结构形式：
1、单管放大器
Z0
a1
b1 bs
晶体管
a2 b2
源
输入匹
配网络
S11 S12 S21 S22
输出匹
配网络
Z0
s
in
Zs
Z in
out
L
Z out
ZL
简单，基础；增益不高，输出功率不大。
2、级联放大器
Zg 输入 FET 极间
匹配
匹配
源
网络
网络
微波放大器
极间 FET 输出
2 复数
微波低噪声放大器
例1
使用LC匹配元件设计最大增益放大器，f=1GHz
，
s11 0.706 160
，
s12 0
，
s21 5.0185
s22 0.508 20
GTu ,max
1
1 s11
2
s21
2
1
1 s22
2
1 5.012 1
1 0.7062
1 0.5082
67.45
18.3dB
（Impatt和Guun），是一种缺乏高频段三极管放大器的解决方
案。要求：Pn>……>P2>P1。若不计损耗
n
Pout Pin Pi
i 1
微波低噪声放大器
已知晶体管器件小信号S参数，有
b1 s11a1 s12a2
b2 s21a1 s22a2
a1 bs sb1
a2 b2L
微波低噪声放大器