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、实验目的
。
。
。
二、预习内容
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

3
50Ω BNC及1MΩ BNC 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
ΓS
ΓIN = S’11
ΓL
GO
ΓS = ΓIN*
GS
GL
ΓOUT = S’22
R S
R L
图13-1 放大器电路方框图
单边放大器设计(Unilateral Amplifier Design)
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(Unilateral Transducer Gain,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(Maximum Unilaterla Transducer Gain,GTU,max):

双边放大器设计(Bilateral Amplifier Dseign)
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(Unilateral Figure of Merit , 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(Transducer Gain)

放大器的稳定条件(Stability Criteria)
无条件稳定Unconditionally stable)
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(