实验六射频放大器的设计.doc

实验六射频放大器的设计、仿真和测试

实验目的
1、了解描述射频放大器的主要性能参数及类型
2、掌握放大器偏置电路设计方法
3、了解最小噪声、最大增益放大器的基本设计方法
4、掌握放大器输入、输出网络的基本结构类型
5、掌握用ADS进行放大器仿真的方法与步骤
二、实验原理
常用的微波晶体管放大器有低噪声放大器、宽带放大器和功率放大器。目的是提高信号的功率和幅度。低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号,减小噪声干扰,以供系统解调出所需的信息数据。功率放大器一般在系统的输出级,为天线提供辐射信号。
微波低噪声放大器的主要技术指标有:噪声系数与噪声温度、功率增益、增益平坦度、工作频带、动态范围、输入输出端口驻波和反射损耗、稳定性、1dB压缩点。
二端口网络的功率与功率增益及主要指标
信号源的资用功率
实际功率增益
转换功率增益
资用功率增益
放大器的稳定性
无条件稳定:不管源阻抗和负载阻抗如何,放大器输入输出端反射系数的模都小于1,网络无条件稳定(绝对稳定)
条件稳定:在某些范围源阻抗和负载阻抗内,放大器输入输出反射系数的模小于1,网络条件稳定(潜在不稳定)
由于放大器件内部S12产生的负反馈导致放大器工作不稳定!稳定性设计是设计放大器时首要考虑的问题。匹配网络与频率有关;稳定性与频率相关;可能情况是设计的频率稳定而其他频率不稳定。
无条件稳定的充分必要条件:稳定性系数K

输入、输出稳定性圆(条件稳定):
|Гin|=1 或|Гout|=1在Smith 圆图上的轨迹
输出稳定性圆
判别该输出稳定性区域?稳定圆不包含匹配点
,
|S11|<1时: |Гin|<1,稳定,匹配点在稳定区
|S11|>1时: |Гin|>1,不稳定,匹配点在不稳定区
输入稳定性圆(条件稳定)
最大增益放大器设计(共轭匹配)
源和负载与晶体管之间达到共轭匹配时,可实现最大增益。
①单向情况:
②无条件稳定
③最大变换功率增益也称匹配增益
④<1 条件稳定源与负载不能同时共轭匹配
-放大器的噪声系数圆
源导纳为Ys=Gs+Bs时,其噪声系数为:
Fmin:为最小噪声系数;Yopt=Gopt+Bopt:最佳源导纳,Rn:为等效噪声电阻。通过调节Ys可达到最小噪声系数
对于给定的噪声系数(噪声参量N)。则可定义等噪声系数圆
噪声系数F→等噪声系数圆
圆心在原点与Гopt的连线上
Fmin是个点,其坐标为Гopt
半径越大,噪声越大
讨论:
圆心位于沿幅角的直线上
最大增益(gS=1,gL=1)半径为零,圆心变为
0dB增益圆总是通过Smith圆图的中心
根据总增益的值确定gS和gL,得到输入输出
节的等增益圆,在等增益圆上选择ΓS 和ΓL
权衡反射系数、噪声系数和稳定性
6. 宽带晶体管放大器设计
增加带宽的常用方法:
①补偿匹配网络——输入输出网络复杂
②电阻性匹配网络——增益降低、噪声变大
③负反馈——增益和噪声均恶化
④平衡放大器——直流供电功率翻倍
⑤分布放大器——电路庞大,增益较低
基本原理:利用90度混合网络消除来自两个放大器的输入、输出反射信号;
匹配网络
并联导纳或串联阻抗的匹配网络, λ/4阻抗变换器的匹