微波电子线路第八章12.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