07微波低噪声放大器设计与测量.doc

实验七微波低噪声放大器的设计与测量一、。。。二、预****内容熟悉放大器原理等理论知识。熟悉放大器设计相关理论知识。三、实验设备项次设备名称数量备注1扫频信号源、示波器1套亦可用标量网络分析仪2放大器模块1组350ΩBNC及1MΩBNC连接线4条4交流电源连接线1条四、理论分析一个射频晶体放大器电路可分为三大部分:二端口有源电路、输入匹配电路及输出匹配电路,如图4-1所示。一般而言,二端口有源电路采用共射极(或共源极)三极管(BJT、FET)电路,此外,还包括直流偏压电路。而输入匹配电路及输出匹配电路大多采用无源电路,即利用电容、电感或传输线来设计电路。一般放大器电路,根据输入信号功率不同可以分为小信号放大器、低噪声放大器及功率放大器三类。而小信号放大器依增益参数及设计要求,可分成最大增益及固定增益两类。而就S参数设计而言,则可有单向设计及双边设计两种。本单元仅就小信号放大器来说明射频放大器之基本理论及设计方法。ΓL=ΓOUT*二端口有源电路输出匹配电路输入匹配电路ΓSΓIN=S’11ΓLGOΓS=ΓIN*GSGLΓOUT=S’22RSRL图13-1放大器电路方框图单边放大器设计(UnilateralAmplifierDesign)所谓单边设计即是忽略有源器件S参数中的S12,即是S12=0。此时可得:ΓIN=S11及ΓOUT=S22则放大器之单边转换增益(UnilateralTransducerGain,GTU)为:其中假若电路又符合下列匹配条件:ΓS=S11*及ΓL=S22*则可得到此放大器电路之最大单边转换增益(MaximumUnilaterlaTransducerGain,GTU,max):双边放大器设计(BilateralAmplifierDseign)双边设计即是考虑有源器件S参数中的S12,即是S12≠0。此时可得:及若利用最大增益匹配法(亦称共轭阻抗匹配法),则可得ΓS=ΓIN*及ΓL=ΓOUT*经过推导可利用下列公式计算出最佳输入反射系数ΓSm和最佳输出反射系数ΓLm:,其中单边设计评价因子(UnilateralFigureofMerit,M)在判断有源元件是否适用单边设计时,主要看它的评价因子是否够小。一般而言,-15dB时即可采用单边设计。其计算公式如下:最大增益误差比则为:其中GT是有源元件的转换增益(TransducerGain)放大器的稳定条件(StabilityCriteria)无条件稳定Unconditionallystable)一个良好的放大器设计电路除考虑增益和输出入匹配外,还需要考虑放大器在工件频段中是否为无条件稳定,以避免电路产生振荡。如图5-2(a)所示:对于一个放大器电路而言,其有源器件在ΓS=0及ΓL=0情况下,无条件稳定的充要条件为K>1,|S11|<1且|S22|<1其中K称为稳定因子(stabilityfactor)(2)条件稳定(Conditionallystable)当有源器件不符合上述无条件稳定的三大规定时,即称为条件稳定。在此情况下,在输入端平面及输出端平面,必存一些不稳定区域,如图5-2(b)所示:rLcLrScS||cL|-rL|<1|S2