射頻與微波電路設(shè)計(jì)

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1、本文由fyuanhappy貢獻(xiàn)ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。第六講低噪聲放大器設(shè)計(jì)1放大器是射頻與微波電路中最基本的有源電路模塊。常用的放大器有低噪聲放大器、寬頻帶放大器和功率放大器。本課程只討論低噪聲放大器與功率放大器。本講座針對(duì)低噪聲放大器。放大器技術(shù)指標(biāo)—放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度放大器的噪聲系數(shù)NF可定義如下2Sin/NinNF=Sout/Nout式中，NF為微波部件的噪聲系數(shù)；Sin，Nin分別為輸入端的信號(hào)功率和噪聲功率；Sout，Nout分別為輸出

2、端的信號(hào)功率和噪聲功率。噪聲系數(shù)的物理含義是：信號(hào)通過(guò)放大器之后，由于放大器產(chǎn)生噪聲，使信噪比變壞；信噪比下降的倍數(shù)就是噪聲系數(shù)。通常，噪聲系數(shù)用分貝數(shù)表示，此時(shí)NF(dB)=10lg(NF)放大器技術(shù)指標(biāo)—放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度3放大器自身產(chǎn)生的噪聲常用等效噪聲溫度Te來(lái)表達(dá)。噪聲溫度Te與噪聲系數(shù)NF的關(guān)系是Te=T0?(NF?1)式中，T0為環(huán)境溫度，通常取為293K。根據(jù)公式（6-3），可以計(jì)算出常用的噪聲系數(shù)和與之對(duì)應(yīng)的噪聲溫度，如表6-1所示。表6-1噪聲系數(shù)和噪聲溫度關(guān)系NF(dB)NFTe(K)

3、NF(dB)NFTe(K)0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.0231.0471.0721.0961.1221.1481.1751.2021.2301.2596.82513.8120.9628.2735.7543.4151.2459.2667.4775.871.52.02.53.03.54.04.55.06.0101.4131.5851.7781.9952.2392.5122.8183.1623.98110.00120.9171.3228.1291.6362.9442.9532.8633.587

4、3.52637放大器技術(shù)指標(biāo)—放大器技術(shù)指標(biāo)—功率增益4微波放大器功率增益有多種定義，比如資用增益、實(shí)際增益、共扼增益、單向化增益等。對(duì)于實(shí)際的低噪音放大器，功率增益通常是指信源和負(fù)載都是50Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗情況下實(shí)測(cè)的增益。實(shí)際測(cè)量時(shí)，常用插入法，即用功率計(jì)先測(cè)信號(hào)源能給出的功率P1；再把放大器接到信源上，用同一功率計(jì)測(cè)放大器輸出功率P2，功率增益就是P2G=P1低噪聲放大器都是按照噪聲最佳匹配進(jìn)行設(shè)計(jì)的。噪聲最佳匹配點(diǎn)并非最大增益點(diǎn)，因此增益G要下降。噪聲最佳匹配情況下的增益稱為相關(guān)增益。通常，相關(guān)增益比最大增益大概低2－4

5、dB。功率增益與噪聲系數(shù)5功率增益的大小還會(huì)影響整機(jī)噪聲系數(shù)，下面給出簡(jiǎn)化的多級(jí)放大器噪聲系數(shù)表達(dá)式：Nf=Nf1+Nf2?1G1+Nf3?1G1G2+……其中：Nf－放大器整機(jī)噪聲系數(shù)；Nf1，Nf2，Nf3－分別為第1，2，3級(jí)的噪聲系數(shù)；G1，G2－分別為第1，2級(jí)功率增益。從上面的討論可以知道，當(dāng)前級(jí)增益G1和G2足夠大的時(shí)候，整機(jī)的噪聲系數(shù)接近第一級(jí)的噪聲系數(shù)。因此多級(jí)放大器第一級(jí)噪音系數(shù)大小起決定作用。作為成品微波低噪音放大器的功率增益，一般是20－50dB范圍。放大器技術(shù)指標(biāo)—放大器技術(shù)指標(biāo)—增益平坦度6增益

6、平坦度是指工作頻帶內(nèi)功率增益的起伏，常用最高增益與最小增益之差，即△G(dB)表示，如下圖所示。放大器技術(shù)指標(biāo)—放大器技術(shù)指標(biāo)—工作頻帶考慮到噪音系數(shù)是主要指標(biāo)，但是在寬頻帶情況下難于獲得極低噪音，所以低噪音放大器的工作頻帶一般不大寬，較多為20％上下。工作頻帶不僅是指功率增益滿足平坦度要求的頻帶范圍，而且還要求全頻帶內(nèi)噪音要滿足要求，并給出各頻點(diǎn)的噪音系數(shù)。7放大器技術(shù)指標(biāo)—放大器技術(shù)指標(biāo)—?jiǎng)討B(tài)范圍8動(dòng)態(tài)范圍是指低噪音放大器輸入信號(hào)允許的最小功率和最大功率的范圍。動(dòng)態(tài)范圍的下限取決于噪聲性能。當(dāng)放大器的噪聲系數(shù)Nf給定時(shí)

7、，輸入信號(hào)功率允許最小值是：Pmin=Nf(kT0?fm)M其中：?fm－微波系統(tǒng)的通頻帶(例如中頻放大器通頻帶)；M－微波系統(tǒng)允許的信號(hào)噪聲比，或信號(hào)識(shí)別系數(shù)；T0－環(huán)境溫度，293K。由公式可知，動(dòng)態(tài)范圍下限基本上取決于放大器噪聲系數(shù)，但是也和整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)和要求有關(guān)。例如，電視機(jī)信號(hào)微波中繼每信道頻帶?fm＝40MHz，信號(hào)噪音比M＝10，放大器噪聲系數(shù)Nf=1.2(0.8dB)動(dòng)態(tài)范圍下限是Pmin=7.23×10mW=?81dB。動(dòng)態(tài)范圍的上限是受非線性指標(biāo)限制，有時(shí)候要求更加嚴(yán)格些，則定義為放大器非線性特性達(dá)到

8、指定三階交調(diào)系數(shù)時(shí)的輸入功率值。9放大器技術(shù)指標(biāo)—放大器技術(shù)指標(biāo)—端口駐波比和反射損耗9低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪聲系數(shù)，所以輸入匹配電路是按照噪聲最佳來(lái)設(shè)計(jì)的，其結(jié)果會(huì)偏離駐波比最佳的共扼匹配狀態(tài)，因此駐波比不會(huì)很好。此外，由于微波場(chǎng)效應(yīng)晶體或雙極性晶體管，其增益特性大體上都是按每倍頻程以6dB規(guī)律隨頻