07微波低噪聲放大器設(shè)計(jì)測(cè)量

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1、.實(shí)驗(yàn)七微波低噪聲放大器的設(shè)計(jì)與測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解射頻放大器的基本原理與設(shè)計(jì)方法。2.利用實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)際測(cè)量以了解放大器的特性。3.學(xué)會(huì)使用微波軟件對(duì)射頻放大器的設(shè)計(jì)并分析結(jié)果。二、預(yù)習(xí)內(nèi)容1．熟悉放大器原理等理論知識(shí)。2．熟悉放大器設(shè)計(jì)相關(guān)理論知識(shí)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備項(xiàng)次設(shè)備名稱數(shù)量備注1掃頻信號(hào)源、示波器1套亦可用標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀2放大器模塊1組350ΩBNC及1MΩBNC連接線4條4交流電源連接線1條四、理論分析一個(gè)射頻晶體放大器電路可分為三大部分：二端口有源電路、輸入匹配電路及輸出匹配電路，如圖4-1所示。一般而言，二端口有源

2、電路采用共射極（或共源極）三極管（BJT、FET）電路，此外，還包括直流偏壓電路。而輸入匹配電路及輸出匹配電路大多采用無(wú)源電路，即利用電容、電感或傳輸線來(lái)設(shè)計(jì)電路。一般放大器電路，根據(jù)輸入信號(hào)功率不同可以分為小信號(hào)放大器、低噪聲放大器及功率放大器三類。而小信號(hào)放大器依增益參數(shù)及設(shè)計(jì)要求，可分成最大增益及固定增益兩類。而就S參數(shù)設(shè)計(jì)而言，則可有單向設(shè)計(jì)及雙邊設(shè)計(jì)兩種。本單元僅就小信號(hào)放大器來(lái)說(shuō)明射頻放大器之基本理論及設(shè)計(jì)方法。頁(yè).ΓL=ΓOUT*二端口有源電路輸出匹配電路輸入匹配電路ΓSΓIN=S’11ΓLGOΓS=ΓIN*GSGL

3、ΓOUT=S’22RSRL圖13-1放大器電路方框圖（一）單邊放大器設(shè)計(jì)（UnilateralAmplifierDesign）所謂單邊設(shè)計(jì)即是忽略有源器件S參數(shù)中的S12，即是S12=0。此時(shí)可得：ΓIN=S11及ΓOUT=S22則放大器之單邊轉(zhuǎn)換增益(UnilateralTransducerGain,GTU)為：其中假若電路又符合下列匹配條件：ΓS=S11*及ΓL=S22*則可得到此放大器電路之最大單邊轉(zhuǎn)換增益(MaximumUnilaterlaTransducerGain,GTU,max)：（二）雙邊放大器設(shè)計(jì)(Bilater

4、alAmplifierDseign)雙邊設(shè)計(jì)即是考慮有源器件S參數(shù)中的S12，即是S12≠0。此時(shí)可得：及若利用最大增益匹配法（亦稱共軛阻抗匹配法），則可得ΓS=ΓIN*及ΓL=ΓOUT*經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可利用下列公式計(jì)算出最佳輸入反射系數(shù)ΓSm和最佳輸出反射系數(shù)ΓLm：，頁(yè).其中（一）單邊設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)因子（UnilateralFigureofMerit,M）在判斷有源元件是否適用單邊設(shè)計(jì)時(shí)，主要看它的評(píng)價(jià)因子是否夠小。一般而言，當(dāng)M值小于0.03或-15dB時(shí)即可采用單邊設(shè)計(jì)。其計(jì)算公式如下：最大增益誤差比則為：其中GT是有源元件的轉(zhuǎn)換增益

5、(TransducerGain)（二）放大器的穩(wěn)定條件（StabilityCriteria）（1）無(wú)條件穩(wěn)定Unconditionallystable）一個(gè)良好的放大器設(shè)計(jì)電路除考慮增益和輸出入匹配外，還需要考慮放大器在工件頻段中是否為無(wú)條件穩(wěn)定，以避免電路產(chǎn)生振蕩。如圖5-2（a）所示:對(duì)于一個(gè)放大器電路而言，其有源器件在ΓS=0及ΓL=0情況下，無(wú)條件穩(wěn)定的充要條件為K>1，

6、S11

7、<1且

8、S22

9、<1其中K稱為穩(wěn)定因子（stabilityfactor）（2）條件穩(wěn)定（Conditionallystable）當(dāng)有源器件不符合

10、上述無(wú)條件穩(wěn)定的三大規(guī)定時(shí)，即稱為條件穩(wěn)定。在此情況下，在輸入端平面及輸出端平面，必存一些不穩(wěn)定區(qū)域，如圖5-2（b）所示:頁(yè).rLcLrScS

11、

12、cL

13、-rL

14、<1

15、S22

16、<1

17、

18、cS

19、-rS

20、<1

21、S11

22、<1穩(wěn)定區(qū)域(斜線區(qū))圖13-2條件穩(wěn)定圓示意圖而在設(shè)計(jì)輸出入匹配電路時(shí)，務(wù)必避免使用這些區(qū)域，以免造成放大器電路自激。其對(duì)應(yīng)無(wú)條件穩(wěn)定的條件為

23、

24、cS

25、-rS

26、>1，

27、S11

28、<1且

29、

30、cL

31、-rL

32、>1，

33、S22

34、<1而條件穩(wěn)定則是

35、

36、cS

37、-rS

38、<1，

39、S11

40、<1或

41、

42、cL

43、-rL

44、<1，

45、S22

46、<1（A）輸出

47、穩(wěn)定圓（LoadStabilityCircle）：半徑；圓心（B）輸入穩(wěn)定圓（SourceStabilityCircle）：半徑；圓心(五)設(shè)計(jì)步驟：步驟一：設(shè)定放大器工件頻率(f0)與輸出入阻抗(RS,RL)。一般射頻放大器的輸出入阻抗設(shè)定為50Ω。步驟二：根據(jù)電源選用晶體三極管，同時(shí)設(shè)定三極管的偏壓條件(VCE,IC)，決定出在該條件下的三極管的S參數(shù)(S11,S21,12,S22)，并設(shè)計(jì)適用它的偏壓電路。步驟三：將步驟二所獲得的S參數(shù)代入上述公式計(jì)算出下列設(shè)計(jì)參數(shù)。穩(wěn)定因子，K頁(yè).單邊設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)因子，M最大單邊轉(zhuǎn)換增益，GT

48、U,max輸入穩(wěn)定圓的圓心，CS及半徑，rS輸出穩(wěn)定圓的圓心，CL及半徑，rL最佳輸入反射系數(shù)ΓSm最佳輸出反射系數(shù)ΓLm步驟四：檢查K值是否小于1。若K值大于1，則為無(wú)條件穩(wěn)定可進(jìn)行下一步驟。若小于，則須將輸出入穩(wěn)定圓標(biāo)示于單位圓的史密斯圓圖上，