微波电子线路第八章.ppt

第十二讲：小信号微波晶体管放大器的设计,设计微波放大器的过程，就是根据应用条件、技术指标要求，完成以下步骤：首先选择合适的晶体管，然后确定 和，再设计能够给出 和 的输入输出匹配网络，最后用合适的微波结构实现，目前主要是微带电路。对于小信号微波放大器设计有：低噪声设计、单向化设计、双共轭匹配设计、等增益设计、宽频带设计等方法。本节讨论几种常用设计，在此之前，首先了解放大器的设计步骤：一、设计指标和设计步骤1、设计指标频率范围 增益 噪声其他：连接条件、功率、体积、重量、动态范围等,小信号微波晶体管放大器的设计,2、设计步骤选管子：双极晶体管：双极管或场效应管：场效应管异质结管：测量：在工作频带内测量S参数和Fmin、等；由手册给出的值，确定偏压、偏流，一般用共发或共源电路（双极管/场效应管）；计算稳定性；计算、并算增益，确定级数；,不知道时，测量挑选,小信号微波晶体管放大器的设计,设计输入、输出级间匹配网络；制作电路和结构实现；调整、测试、改进、定型二、单向化设计 当频率较低或S12很小时（场效应管S120），可以忽略S12，这种情况称为单向化设计。由于S12=0，管子是绝对稳定的，不必再判断稳定性，和 不受约束；,这时,小信号微波晶体管放大器的设计,为了获得最大增益，可选,由于S12实际上不等于零，令,则,双共轭匹配时：,为单向化优质因数，有：,u0.12时，误差小于1db。,小信号微波晶体管放大器的设计,低噪声设计时，可选 非单向化设计 由于，首先检查管子是否满足绝对稳定条件：,这时,小信号微波晶体管放大器的设计,若满足绝对稳定条件采用双共轭匹配设计，可获得最大功率增益。在S参数已知的条件下，由上二式可求出满足双共轭条件的 和。对第一式取共轭，代入第二式，有：,双共轭匹配条件为：,小信号微波晶体管放大器的设计,移相、通分整理后，得到：其中,解出,则若，可保证同理可解出,小信号微波晶体管放大器的设计,则若，可保证,其中,（，一般不稳定）,在双共轭条件下：,小信号微波晶体管放大器的设计,MAG：最大可用功率增益，当K=1时，为最大稳定功率增益。低噪声放大级：取多级放大器设计：由总增益和单级增益确定级数,上两式常用来估算稳定时，单极放大器增益；对窄带放大器，把fmax设计成共轭匹配，fmin失配，G在f内均衡。,前1、2级按低噪声,小信号微波晶体管放大器的设计,后面按双共轭。实际输入输出匹配网络和级间匹配电路微波实现，主要是微带电路若不满足绝对稳定条件，则称潜在稳定条件设计画出临界圆和单位圆、确定稳定区画出等增益圆和等噪声系数圆在等噪声系数圆的稳定区取 可满足噪声要求在等增益圆的稳定区取 可满足增益要求微波实现，主要是微带电路四、等增益圆简介 由增益表达式可以看出：和，和，,小信号微波晶体管放大器的设计,和，和 之间都是分式线性变换，大家知道，分式线性变换把圆变成圆。给G一个定值，就是一个圆，在平面上也对称一个圆，就是等增益圆。等增益圆把反射系数平面分成两部分，在圆内取、G大于圆周对应的G，在圆外则相反。等增益圆在给定增益放大器设计时非常有用。下面给出几种等增益圆的表达式：等 圆,令圆心：,小信号微波晶体管放大器的设计,等 圆,半径：,令圆心：,半径：,小信号微波晶体管放大器的设计,等、圆,令,则圆心：,小信号微波晶体管放大器的设计,半径为：,