第9章射频放大器无线通信射频电路技术与设计[文光俊]

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1、1第9章 射频放大器教学教学重点重点本章重点介绍了射频放大器的相关基础理论；介绍了射频本章重点介绍了射频放大器的相关基础理论；介绍了射频放大器的放大器的DC偏置电路、阻抗匹配、稳定电路的功能、基偏置电路、阻抗匹配、稳定电路的功能、基本拓扑类型及相应的特点；介绍了低噪声放大器、功率放本拓扑类型及相应的特点；介绍了低噪声放大器、功率放大器的各种电路拓扑与特点、设计要点、设计步骤和设计大器的各种电路拓扑与特点、设计要点、设计步骤和设计实例，以及功放的线性化技术、效率增强技术。实例，以及功放的线性化技术、效率增强技术。 教学教学重点重点教学教学重点重点掌握：低噪声放大器、功率放大器的设计要点和步骤。掌

2、握：低噪声放大器、功率放大器的设计要点和步骤。了解：射频放大器的了解：射频放大器的DC偏置电路、阻抗匹配、稳定电路偏置电路、阻抗匹配、稳定电路 的功能、基本拓扑类型及相应的特点。的功能、基本拓扑类型及相应的特点。熟悉：射频放大器的稳定性、增益、噪声、输出功率的相熟悉：射频放大器的稳定性、增益、噪声、输出功率的相 关基础理论。关基础理论。 能力能力要求要求2本章目录v第一节 射频放大器的相关理论v第二节 射频放大器偏置电路v第三节 低噪声放大器设计v第四节 功率放大器设计 3知识结构射射频频放放大大器器射频放大器的相关理论射频放大器的相关理论放大器的噪声系数圆放大器的噪声系数圆场效应晶体管偏置网

3、络场效应晶体管偏置网络射频放大器的功率增益射频放大器的功率增益双极型晶体管偏置网络双极型晶体管偏置网络低噪声放大器简介低噪声放大器简介低噪声放大器主要技术指标低噪声放大器主要技术指标放大器的稳定性放大器的稳定性低噪声放大器基本电路低噪声放大器基本电路射频放大器偏置电路射频放大器偏置电路低噪声放大器设计低噪声放大器设计功率放大器设计功率放大器设计常见的常见的LNA电路配置电路配置低噪声放大器设计步骤低噪声放大器设计步骤低噪声放大器设计举例低噪声放大器设计举例功率放大器简介功率放大器简介功放的工作类型功放的工作类型功率放大器的主要性能指标功率放大器的主要性能指标功率放大器的设计步骤功率放大器的设计

4、步骤功率放大器设计举例功率放大器设计举例功率合成技术功率合成技术功率放大器线性化技术功率放大器线性化技术功率放大器的效率增强技术功率放大器的效率增强技术49.1 射频放大器的相关理论in19.1.1 放大器的稳定性输入反射系数：1221Lin1122L1S SSs1221Lout2211L1S SSS输出反射系数：两类稳定性：in1out1out1 (1) 绝对稳定：无论晶体管放大器接什么样的无源负载阻抗和源阻抗，均有 和 。 (2) 条件稳定：不是所有的无源负载阻抗和源阻抗，均使晶体管放大器的 和 。59.1 射频放大器的相关理论1、稳定性判定圆放大器稳定性边界条件：1221L11Lin11

5、22L22L111S SSSSS 22S1221Lout2211L11S111SS SSSS 其中： 。11221221S SS S 输出稳定圆输出稳定圆输入稳定圆输入稳定圆（1）对于输出稳定性判定圆输出稳定区与非稳定区输出稳定区与非稳定区69.1 射频放大器的相关理论（2）对于输入稳定性判定圆输入稳定区与非稳定区输入稳定区与非稳定区2、绝对稳定绝对稳定条件：ininr1Coutoutr1C111SoutS 时， 与 平面上的绝对稳定条件79.1 射频放大器的相关理论用稳定因子k描述绝对稳定条件：将输入稳定圆的圆心和半径的表达式：*1122ininin2211()RISSCCjCS 1221i

6、n2222-S SrS代入稳定条件：ininr1C可得：*1122122122111SSS SS 整理得： 222222221122111221140SSSS S 上式大括号中的表达式必须大于0，故可得：22211221221112SSkSS 89.1 射频放大器的相关理论3、放大器的稳定措施（1）电阻性加载 电阻性加载是场效应晶体管或双极型晶体管的一种常用稳定措施，这种方法即为在有源器件的不稳定端口增加一个串联或并联的电阻。（2）并联反馈 通过在晶体管的输出端到输入端之间添加一个电阻器，引入负反馈，能很好地改善晶体管的稳定性。 串联反馈要求在器件的公共端接入一个电阻器或者电感器。 （3）串联

7、反馈用串联或并联的电阻稳定措施用串联或并联的电阻稳定措施放大器的反馈型稳定措施放大器的反馈型稳定措施99.1 射频放大器的相关理论9.1.2 射频放大器的功率增益1、 放大器功率增益定义单级放大器网络的功率传输图单级放大器网络的功率传输图源反射系数：S0SS0ZZZZ 负载反射系数：L0LL0ZZZZ 平均输入功率：2222122SS1ininin2000Sin1112281VVVPZZZ 109.1 射频放大器的相关理论传送到负载的平均功率：22222222221L21SL221S2LL222000022L22LSin11112228111SSVVVVPZZZZSS 传送到负载的最大功率：*

8、outL222221SoutSL,maxL22*022outSin11811SVPPZS （1）功率转换增益定义：负载吸收功率和信号源资用功率之比。 222S21LLT22ASin22L(1)(1)11SPGPS 119.1 射频放大器的相关理论（2）资用功率增益和工作功率增益 资用功率增益：*Lout22L,max21SAT22A11Sout(1)1(1)PSGGPS 工作功率增益：22L21LP22inin22L(1(1)1SPGPS 129.1 射频放大器的相关理论 2、放大器的功率增益特性 （1）单向化设计法单向化功率转换增益的原理图单向化功率转换增益的原理图 单向化功率转换增益：22

9、2SLTU21211SL221111GSSS 139.1 射频放大器的相关理论（2）最大增益设计12S 实际的放大器电路设计中，当 大到不能忽略时，采用单向化设计法导致的误差不能容忍，此时应采用双共轭匹配法做放大器的最大增益设计。 输入端口反射系数：1221LS1122L1S SSS 输出端口反射系数：1221SL2211S1S SSS 由（1）和（2）可得： （1） （2）22111S142BBCC 22222L242BBCC 149.1 射频放大器的相关理论 其中：222111221BSS 222222111BSS 11122CSS22211CSS最大增益与稳定因子k的关系为：212Tma

10、x121SGkkS 当k=1时可以得到有用的数值，它通常别称为最大稳定增益，表达式为:21msg12SGS159.1 射频放大器的相关理论 3、等增益圆 考虑了晶体管反馈效应的实际放大器设计中，根据工作功率增益和资用功率增益的定义可以推导出相应的等增益圆形式。 1、工作功率增益圆 在晶体管输入阻抗和源阻抗共轭匹配的条件下，可以将工作功率增益的表达式改写成如下形式：2222L21L212PP212222112Lin22L1122L22L1111111SSGgSS SSSSS Pg其中 为比例系数：22LLPP2222122L11L2112L1122L22L111111GgSSSS SSSS 16

11、9.1 射频放大器的相关理论L将上式改写为负载反射系数 的圆方程形式，即：LPPCr 其中圆心坐标： P2211P22P221gSSCgS 圆半径：22P122101221P22P22121kgS SgS SrgS 式中k为Rollett稳定因子。179.1 射频放大器的相关理论 2、资用功率增益圆资用功率增益圆方程为：SAACr 其中圆心坐标：A1122A22A111gSSCgS 圆半径：22A2112a1221A22A11121kgS SgS SrgS Ag比例系数 由下式确定：2SAA22212112S2211S11S1111GgSS SSSS AG其中 是要求的资用功率增益。 189.