微波通信微波放大器的设计讲解

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1、精选优质文档-倾情为你奉上微波通信课程设计说明书 微波低噪声放大器的设计起止日期： 年 月 日 至 年 月 日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字) 年 月 日专心-专注-专业课题名称微波放大器的设计 人 数组 长同组人员课题的主要内容和要求一、设计目的1.了解射频放大器的基本原理与设计方法。2.利用实验模组实际测量以了解放大器的特性。3.学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。二、设计任务主要内容：1、了解射频放大器的基本原理与设计方法。 2、利用实验模组实际测量以了解放大器的特性。3、学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。主要任务：1、双边放大器设计。2、单边放

2、大器设计。3、单边设计评价因子。 4、放大器的稳定条件。三、设计工作量2周完成 具体任务1、了解射频放大器的基本原理与设计方法。 2、利用实验模组实际测量以了解放大器的特性。3、学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。时间安排与完成情况目录一、设计原理.1二、设计设备.4三、设计步骤.4四、设计结果及分析.5五、软件仿真.7六、总结体会.13微波放大器的设计1、 设计原理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

3、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。L = OUT *二端口有源电路输出匹配电路 输入匹配电路SIN = S11LGOS = IN*GS GL OUT = S22R SR L图1 放大器电路方框图1.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

4、数中的S12，即是S12=0。此时可得：IN = S11 及 OUT = 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： S = S11* 及 L = 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)： 2.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S120。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 S =IN* 及 L

5、 =OUT* 经过推导可利用下列公式计算出最佳输入反射系数Sm和最佳输出反射系数 Lm ： ，其中 3.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，当M值小于0.03或-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) 4.放大器的稳定条件（Stability Criteria） （1）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

6、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11-2所示:对于一个放大器电路而言，其有源器件在S=0及L=0情况下，无条件稳定的充要条件为K > 1 ， |S11| < 1 且 |S22| < 1 其中K称为稳定因子（stability factor） （2）条件稳定（Conditionally stable）当有源器件不符合上述无条件稳定的三大规定时，即称为条件稳定。在此情况下，在输入端平面及输出端平面，必存一些不稳定区域，如图2所示:| |cS| - rS | < 1| S11 | < 1| |cL| - rL | < 1| S22 |

7、< 1cLrLrScS稳定区域(斜线区) 图2 条件稳定圆示意图而在设计输出入匹配电路时，务必避免使用这些区域，以免造成放大器电路自激。其对应无条件稳定的条件为|cS| - rS| > 1，|S11|< 1 且 |cL| - rL| > 1，|S22|< 1 而条件稳定则是|cS| - rS| < 1，|S11|< 1 或 |cL| - rL| < 1，|S22|< 1（A）输出稳定圆（Load Stability Circle）： 半径 ； 圆心 （B）输入稳定圆（Source Stability Circle）： 半径 ； 圆心 二、设

8、计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放大器模组1组RF2KM7-1A 350 BNC及1M BNC 连接线4条4直流电源连接线1条DC-15MICROWAVE软件1套微波软件3、 设计步骤 步骤一：设定放大器工件频率(f0)与输出入阻抗(RS , RL)。一般射频放大器的输出入阻抗设定为50。 步骤二：根据电源选用晶体三极管，同时设定三极管的偏压条件(VCE,IC)，决定出在该条件下的三极管的S参数(S11,S21, 12,S22)，并设计适用它的偏压电路。 步骤三：将步骤二所获得的S参数代入上述公式计算出下列设计参数： 稳定因子，K 单边设计评价因子，M

9、最大单边转换增益，GTU,max 输入稳定圆的圆心，CS及半径，rS 输出稳定圆的圆心，CL及半径，rL 最佳输入反射系数 Sm 最佳输出反射系数 Lm 步骤四：检查K值是否小于1。若K值大于1，则为无条件稳定可进行下一步骤。若小于，则须将输出入稳定圆标示于单位圆的史密斯圆图上，以便在设计输出入匹配电路时，避免使用到不稳定区域（如图11-2）所示。 步骤五：检查M值是否够小。 （1）若M值接近0.03(-15dB)则适用单边设计，可得 S = S11* 及 L = S22* 最大增益即为GTU,max （2）若M值大于0.03(-15dB)则须用双边设计，可得 S =Sm 及 L =Lm 最大

10、增益即为GT,max 步骤六：利用步骤五所得S及L设计输出入匹配电路。4、 设计结果及分析利用ATF-35143设计一2000MHz放大器。其中电源为5VDC，输出入阻抗为50。ATF-35143的S参表(VCS=2V，IDS=10mA，Zo=50，TA=25)如下表：Freqency(GHz)S11S21S12S22Mag.Ang.Mag.Ang.Mag.Ang.Mag.Ang.0.50.49-15312.7980.030500.42-350.60.48-15910.7940.034520.39-350.70.48-1639.3900.037530.38-350.80.47-1678.287