微波电子线路五章总结

微波电子线路大作业

班级：020914

学号：

02091434

姓名：靳艳

随着半导体技术的迅猛发展微波晶体管在降低噪声，提高工作频率增大输出功率等方面都取得了很大的发展。本章主要介绍以S参数法分析和设计晶体管放大器的基本方法，小信号晶体管放大器和晶体管功率放大器的性能和电路结构，并简单介绍分布放大器及功率合成的概念。下面总结一下本章主要重点内容：

一、微波晶体管放大器的功率增益

实际功率增益：

转换功率增益：

资用功率增益：

三种功率之间的关系：

其中M1、M2

分别为输入、输出端失配系数。

一、微波晶体管放大器的稳定性

保证放大器稳定工作是设计微波放大器最根本的原则。由于微波晶体管的作用会产生内部反馈，可能使放大器工作不稳定而导致自激，为此必须研究在什么条件下放大器才能稳定地工作，通常根据稳定性程度的不同可分为两类：

（1）绝对稳定或称无条件稳定：在这种情况下，负载阻抗和源阻抗可以任意选择，放大器均能稳定地工作。

（2）潜在不稳定或称有条件稳定：在这种情况下，负载阻抗和源阻抗只有在特定的范围内选择，放大器才不致产生自激。

绝对稳定的充要条件：

二、微波晶体管放大器的噪声系数

噪声系数是小信号微波放大器的另一重要性能指标，前面分析器件的噪声特性时，仅从本征晶体管的等效电路出发，没有考虑寄生参量的影响。但考虑寄生参量后，再用等效电路来计算实际放大器的噪声系数就变得很复杂。因此仍用等效二端口网络来研究放大器的噪声系数，以及噪声系数和阻抗源的关系。

噪声系数：任意线性两端口网络，输入端接入和网络输入电阻相等的源电阻，并处于标准温度时，网络实际输出的总噪声功率和仅由输入端电阻产生的输出噪声功率之比为网络的噪声系数。

n级二端口网络的总噪声系数为：

等噪声系数圆：

N称为噪声系数参量。对于给定的噪声系数和给定一组噪声参量，N是定值。

三、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，再设计能够给出的输入输出匹配网络，最后用合适的微波结构实现，目前主要是采用微带电路。

上图为小信号微波晶体管放大器的典型模型。

微波晶体管放大器的设计按最大增益和最小噪声的出发点不同，匹配网络的设计方法也不同。下面分别进行讨论。

1.高增益放大器设计

（1） 单向化设计

单向化转换功率增益为

当晶体管输入输出两端口都满足共轭匹配，获得最大单向转换功率增益为

)

1)(1(2

222

112

21

max max 0max S S S G G G G L S Tu --=

=

22)1(1)

1(1u G G u Tu t -<<+ 实际设计时，u 0.12，则计算功率增益误差不超过1dB 。

（2） 非单向化设计

双共轭匹配的条件为

2

1

2

1

21124C C B B Sm -±=

Γ 2

2

2

2

2

2224C C B B Lm -±=

Γ

式中：2

2222

1111?--+=S S B 2

2

112

2221?--+=S S B

*22111S S C ?-= *

11222S S C ?-= 21122211S S S S -=?

经过分析可知，在放大器绝对稳定的条件下进行双共轭匹配设计时，Sm Γ和Lm Γ都取带负号的解，这样将S 参数带入后，即可求得一组1<ΓLm 、1<ΓLm 的源和负载反射系数，并以此作为设计输入、输出匹配网络的依据。 2. 低噪声放大器的设计

由前面的分析可知，为获得最小噪声系数，应选择最佳信源反射系数op Γ，而从功率传输来看，这时是失配的。这种以最小噪声系数出发来设计输入匹配网络的方法，称为“最佳噪声匹配”。输入匹配网络讲S Γ变换成op Γ，而输出匹配网络按共轭匹配设计，即

*out L Γ=Γ *11211222*)1(opt

opt out

L S S S S Γ-Γ+

=Γ

=Γ

因此，放大器可以在实现最小噪声的前提下得到尽可能大的增益。

此外，设计放大器可先做稳定圆，画出潜在的不稳定区域，然后利用等增益圆和等噪声系数圆进行设计。

设计步骤如下：

（1）画出临界圆和单位圆，确定稳定区。

（2）画出等增益圆和等噪声系数圆。

Γ可满足噪声要求。（3）在等噪声系数圆的稳定区取

S

Γ可满足增益要求。（4）在等增益圆的稳定区取

L

（5）用微波的方法实现，主要采用微带电路。