微波固态电路习.ppt

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1、微波固态电路第三章习题,1.试就异质节、低噪声、大功率等方面说明HEMT和HBT器件的特点，以及各自适合哪种微波电路。,HEMT,MESFET 和HBT功率和频率的关系曲线。,HEMT 和 MESFET 截止频率和栅长的关系曲线。GaAs 和 InP的HBT也具有较高的频率特性，NEC公司的HBT截止频率可达到250GHz。但总的来说HBT的最高频率较HEMT低。,HBT,HEMT,HEMT 和HBT的噪声特性。,VS,PS,ZIN,GIN,GS,+,-,ZS,2、证明放大器的输入端口的失配系数为：,放大器输入端反射系数,源反射系数,其中：,Step 1 信号源到50欧姆的匹配,50W,GS,

2、aS,+,-,ZS,Pavs,PS=|bs|2,Pr,Step 2 无限多次反射产生的Loop gain,GIN,a1=bs+bs GIN GS+bs(GIN GS)2+bs(GIN GS)3+.,VS,PS,ZIN,GIN,GS,+,-,ZS,Step 3 晶体管输入端,MIN,Step 4 总的失配系数,当共轭匹配时，即,采用下列放大器串接成一个级联的放大器；S11=-10dB,S21=15dB,S22=-6dB，请问串接后增益范围是什么？,50W,50W,V0,+,-,M,S11(new),S22(new),S21(new),bs,a1,a2,b2,b1,S11,S21,S22,S12=

3、0,1,a1,a2,b2,b1,S11,S21,S22,S12=0,GIN,GS,思考：,假定S12=0(2)GIN=S11=-10dB=0.316 GS=S22=-6dB=0.5 Loop gain=1/(1-S22S11)=1.1880.864(3)两级的S21已经包含了MS and MIN 的损耗(4)Gain=S21x Loop gain x S21 GMAX=15dB+1.5dB+15dB=31.5dB GMIN=15dB-1.27dB+15dB=28.73dB,3、一场效应管工作频率为f=5.5GHz，偏置条件为：VDS=3.2V，ID=24mA。已知S参量为：S11=0.7317

4、6,S12=0.0575,S21=3.3234,S22=0.26-107,假设放大器没有匹配网络,且负载为ZL=50欧姆,源阻抗为ZS=30欧姆,传输线阻抗为Z0=50;（1）、求GTu，GT，Ga，并画出负载为10欧姆到100欧姆时GTu的幅度变 化值。（2）、在单向化条件下为输入端口做匹配并求出GTu，（3）、在单向化条件下为输入、输出端口做匹配并求出GTu=GTu max,ZL,ZS,VS,+,-,Transistor,PAVS,PIN,Pr1,PAVN,PL,Pr2,GT=f(GS,GL),解（1）：负载阻抗为75欧姆，源阻抗为30欧姆时的：,负载为10欧姆到100欧姆时GTu的幅度变

5、化值：,（2）、在单向化条件下输入匹配下有：,此时的GTu为：,（3）、在单向化条件下输入输出匹配：,4.有三只晶体管在1.8GHz时的S参数如下：S11 S12 S21 S22 0.34-170 0.0670 4.380 0.45-25 0.75-60 0.270 5.090 0.5160 0.65-140 0.0460 2.450 0.70-65 请选择合适的管子设计一高增益放大器,要求:（1）、放大器的最大增益是多少?（2）、三只管子的稳定性如何？（3）、设计具体的放大器电路，详细说明设计过程。,晶体管的输入输出都是共轭匹配时才能得到。GT,MAX=GA,MAX(MAG)=GP,MAX

6、只有当晶体管无条件稳定下(K1)，才存在一組组(GMS,GML)的唯一解，加以匹配可得到GT,MAX。MAG,(GMS,GML)直接由晶体管S-parameters计算得知，(GS,GL)不再是变数。,其物理意义在于当晶体管被外加的电阻元件加以稳定以后，所能得到的增益对不会超过MSG。（Maximum Stable Gain 稳定增益最大值）,最大增益,解：首先计算稳定系数,放大器最大的增益：,选用第三个晶体管做高增益放大器,new,将S矩阵变换成ABCD矩阵相加,Step 1,将ABCD矩阵再变换回S矩阵，进而求得串联电阻与稳定系数的关系,选取适当的电阻值，使K大于1。对于特定的电阻值，对应

7、于唯一的Sm和Lm,Step 2,Step,通过Sm和Lm,选取适当的输入，输出共轭匹配网络，放大器的增益为：,5.设计一低噪声放大器使其功率尽可能高。电路制作在Duroid基片上介电常数为10，厚度为1.27毫米。场效应管在3GHz、100MHz带宽时的S参数如下：,S11=0.9-90，S12=0，S21=290，S22=0.5-45。opt=0.5135，Fmin=3dB，RN=4欧姆（1）、拥有最小噪声系数时的总增益是多少（用dB表示）。（2）、设计放大器的输入输出匹配网络。（3）、画出具体的电路图，详细说明设计过程。（4）、如果输入信号为-20dB，放大器的输出功率和输出噪声各是多少

8、,（1）、前级采用最小噪声匹配，后级采用共轭匹配，即保证了小的噪声系数，又保证了较高的增益。,由于S12=0，采用单向化设计，有：,输出端采用共轭匹配且为单向设计：,（2）、由,3、,Step1 输入匹配：,Step2 输入匹配：,W=0.028mmL=0.84mm,W=0.028mmL=5.44mm,W=0.028mmL=9.12mm,W=0.028mmL=4.59mm,Step3 最后的图形：,输出功率为：,6.设计一宽带放大器，使其增益在300MHz到600MHz时不小于10dB。晶体管的S参数如下：,f（MHz）S11 S21 S12 S22 300 0.25-35 4.530 0.0

9、110 0.8-10 450 0.32-78 3.245 0.05-5 0.9-15 600 0.2-85 2.035 0.02-12 0.85-20 要求：详细给出具体电路设计过程并说明理由,资用功率Ga的等功率圆（10dB）,300MHz,450MHz,600MHz,300MHZ时，GA_max=GP_max=17.85dB 450MHZ时，GA_max=GP_max=18.6dB 600MHZ时，GA_max=GP_max=11.7dB,300MHz,450MHz,600MHz,实际功率增益Gp的等功率圆（10dB）,100欧姆，91度,50欧姆，59.9度,匹配前的增益,匹配后的增益,7、已知放大器的转换功率增益为：GT=8dB，带宽为200MHz，噪声系数为F=2.5dB，1dB压缩点Pout，1dB=20dB。假设放大器工作在室温环境，IPout=40dB。求该放大器的动态范围和无失真动态范围。,无失真动态范围：,动态范围：,噪声功率：,解：,