微波固态电路习题1

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。HBTHEMTHEMT 和HBT的噪声特性。LNAPAOSCf6GHzHBT2st1st1st1st2stHEMT1st2st2st2st1stHEMTHBT异质结异质结异质结噪声系数更低低功率高高单元成本（mm2）高较高工作频率高较高功率

2、效益高最高最小线宽0.12-0.5um2-3umVSPSTransistorZINGINGS+-ZS2、证明放大器的输入端口的失配系数为：、证明放大器的输入端口的失配系数为：2212111insinsM G GG GinG放大器输入端反射系数放大器输入端反射系数源反射系数源反射系数sG其中：其中：Step 1 信号源到50欧姆的匹配50WGSaS+-ZS PavsPS=|bs|2Pr222221sssrsSPbaba G222211sSsSSavssaPMPa G GStep 2 无限多次反射产生的Loop gainbsa1b1GS1GINa1= bs+ bs GIN GS+ bs (GIN

3、GS)2+ bs (GIN GS)3+.1111inssinsabG G G GVSPSZINGINGS+-ZSStep 3 晶体管输入端, MINZINGIN50WV50+-P+=|a1|2PINPr=|b1|222221111ininPaba G2211inininPMa GStep 4 总的失配系数 12121222111SINSINAVSSinsinsMMLoopgain MaPPPPa G GG G当共轭匹配时， 即*,inssinZZG G22*12*22221111111sssssssM G GG G G G G采用下列放大器串接成一个级联的放大器；S11=-10dB, S21=

4、15dB, S22=-6dB，请问串接后增益范围是什么？50W50WV0+-MS11(new)S22(new)S21(new)bsa1a2b2b1S11S21S22S12=01a1a2b2b1S11S21S22S12 =0GINGS思考： 假定S12= 02 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.

5、27dB+15dB=28.73dB3、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 =0.73176, 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 maxZLZSVS+-Transistor PAVS PI

6、NPr1 PAVN PL Pr22222122221111LSLTAVSSINLPGSPS G GG GG12LTSTransistorLAVSPGMLG GLGMPGT= f (GS, GL)222212211221111SLTUSLGSSS G GGG12(0)S2221221122(1)1SaSSSGSS GGG0030500.25 03050SSSZZZZG 0075500.2 07550LLLZZZZG 122111220.7083 + 0.0804i1LINLS SSSGGG12212211 0.2784 - 0.0796i1SOUTSS SSSGGG22221222211 14.

7、423511.590711LSLTAVSSINLPGSdBPS G GG GG解（1）：负载阻抗为75欧姆，源阻抗为30欧姆时的：2221221122(1) 24.5216 13.8955()1SaSSSGdBSS GGG负载为10欧姆到100欧姆时GTu的幅度变化值：222212211221114.348811.5682()11SLTUSLGSdBSS G GGG（2）、在单向化条件下输入匹配下有：120S*11SINSG G此时的GTu为：2222221212222112211221111111121.92713.41()SLLTUSLLGSSSSSSdB G G GGGG2max2122

8、11221125.30814.033()11TUGSdBSS（3）、在单向化条件下输入输出匹配：*11SSG *22LSG 4.有三只晶体管在1.8GHz时的S参数如下： S11 S12 S21 S22 0.340.34 -170-170 0.060.06 7070 4.34.3 8080 0.450.45 -25-25 0.75 0.75 -60-60 0.20.2 7070 5.05.0 9090 0.510.51 6060 0.65 0.65 -140-140 0.040.04 6060 2.42.4 5050 0.700.70 1)，才存在一組组(GMS, GML)的唯一解，加以匹配可

9、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。2112(K1)SMSGS 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 ） 最大增益最大增益2221122112212SSKS S 11221221S SS S 10.58404K 2K = 2.89343K = 0.3748解：首先计算稳定系数解：首先计算稳定系数221112112.2()SMAGKKdBS22121216.86SMAGKKdBS21312 3.6923

10、17.78()SMSGdBS放大器最大的增益：放大器最大的增益：选用第三个晶体管做高增益放大器选用第三个晶体管做高增益放大器SSA 1122122111221221021211122122111221221021211111221111122SSS SSSS SZSSSSS SSSS SZSS101Z new将将S矩阵变换成矩阵变换成ABCD矩阵相加矩阵相加Step 1将将ABCD矩阵再变换回矩阵再变换回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，使选取适当的电阻值，使K大于大于1。对于特定的电阻值，对应于唯一。对于特定的电阻值，对应于唯一的

11、的Sm和和Lm,Step 2221111222222142142SmLmBBCCBBCCGG21,212,1newnewnewnewSMAGKKSStep 通过通过Sm和和Lm,选取适当的输入，输出共轭匹配网络，放大器的增益为：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=0.90.9 -90-90， S12=0 0 ， S21=2 2 9090， S22=0.5=0.5 -45-45。opt=0.51350.5135，F F

12、minmin=3dB=3dB，R RN N=4=4欧姆欧姆（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2222122112222212222111111117.06528.5()11SLTUSLoptoptGSSSSdBSS G GGG GG*22,LSoptSG G G（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。222211LLGMS由于S12=0，采用单向化设计，有：*220*221

13、69.062 + 65.12i1LSZZS0.590 ooptG输出端采用共轭匹配且为单向设计：（2）、由10=19.1593 +18.0593i1optsoptZZGG*22LSG 2. 62. 83. 03. 23. 42. 43. 6-40-20-600f req, G HzdB(S(1, 1)dB(S(2, 1)3、Step1 输入匹配：2. 62. 83. 03. 23. 42. 43. 6-40-30-20-10-500f req, G HzdB(S(2, 1)dB(S(1, 1)Step2 输入匹配：W=0.028mmL=0.84mmW=0.028mmL=5.44mmW=0.02

14、8mmL=9.12mmW=0.028mmL=4.59mmStep3 最后的图形： 输出功率为：208.511.5()outinPPGdBm 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 f（MHzMHz） S11 S21 S12 S22S11 S21 S12 S22 300 0.25 300 0.25 -35-35 4.54.5 3030 0.010.01 1010 0.80.8 -10-10 450 0.32 450 0.32 -78-78 3.23.2 4545 0.050.05 -5-5 0.90.9 -15-15 600 0.2

15、600 0.2 -85-85 2.02.0 3535 0.02 -12-12 0.850.85 -20-20 要求：详细给出具体电路设计过程并说明理由要求：详细给出具体电路设计过程并说明理由资用功率资用功率Ga的等功率圆（的等功率圆（10dB）300MHz450MHz600MHz 300MHZ时，GA_max=GP_max=17.85dB 450MHZ时，GA_max=GP_max=18.6dB 600MHZ时，GA_max=GP_max=11.7dB 300MHz450MHz600MHz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