GHz低噪声射频功率放大器的设计_毕业设计.doc

2.45GHz低噪声射频功率放大器的设计 目 录 1 引 言 1 1.1 课题研究目的与意义 1 1.2 射频功率放大器概述 1 1.3 射频功率放大器的发展现状 2 1.4 本课题的研究方法及主要工作 3 2 射频功率放大器理论综述 5 2.1 史密斯圆图 5 2.2 S参数 6 2.3 长线的阻抗匹配 7 2.3.1 微波源的共轭匹配 7 2.3.2 负载的匹配 8 2.3.3 匹配方法 8 2.4 微带线简介 8 2.5 偏置电路 9 3 射频功率放大器的基本指标 10 3.1 工作频带 10 3.2 带宽 10 3.3 噪声系数 11 3.4 增益 12 3.5 稳定性 12 3.6 端口驻波比和反射损耗 13 4 射频功率放大器设计仿真及优化 15 4.1 指标及设计流程 15 4.2 选取晶体管并仿真晶体管参数 15 4.3 晶体管S参数扫描 17 4.4 放大器的稳定性分析 19 4.5 设计输入匹配网络 21 4.5.1 匹配原理 21 4.5.2 计算输入阻抗 23 4.5.3 单支节匹配电路 23 4.6 设计并优化输入输出匹配网络 25 结 论 30 参考文献 32 致 谢 34 GPS导航设备、汽车防撞雷达，以及到处有售的宽带数字服务入口等。 通信技术在近几年内的发展可以说是日新月异，每年都会有大量的新技术诞生并被应用到实践当中，而在这之中，无线通信技术的迅速成熟尤其引人注目。它不仅仅改变了我们的通信方式，更重要的是改变了我们的生活方式，最显著的表现就是无处不在的手机，它使人与人之间的联系更为密切也更加方便，使我们的社会变得更加的紧密，大大提升了世界的一体化进程，可以说手机已经成为我们生活中不可或缺的一部分了。而随着使用人群的快速增长与不断壮大，整个无线通信产业也进入了大规模高速率的发展阶段，在国民经济中的比重越来越大，推动着社会经济持续向前跨步，甚至于对整个社会的发展都有着不可估量的影响力。功率放大器作为无线收发系统中的最后一级，它在整个系统中占有十分重要的地位，对于提高发射信号强度、延长系统使用时间、降低电源消耗、减小系统体积重量等起着关键性作用。射频功率放大器由于尺寸小、线性度高、噪声低等优点，广泛应用在卫 星通信、移动通信、雷达和电子战以及各种工业装备。随着无线通信和军事领域新标准新技术的发展，日益要求提高射频功率放大器的性能，使之在更宽频带内，具有更高的输出功率、效率和可靠性。例如为在有限的频谱范围内容纳更多的通信信道，获得较高的码片速率和频带利用率。现在通信系统均采用了、等线性调制技术，这些调制方法对功放的非线性特性非常敏感，因而对放大器有更高的线性要求，提高功率放大器的可靠传输，以避免对邻近信道的干扰，保证调制的窄带特性。这就要求射频功率放大器具有良好的线性。在第三代移动通信系统中，要求数据传输速率达到，单个信号的带宽达，这就需要射频功率放大器具有宽带特性；为了降低通信运营商的运营成本，减小冷却成本、易于热控制，要求提高的效率；为了减小功率放大的级数，减小功率管的使用，以更低的功率进行驱动，降低成本，这就要求提高的增益；为了增加通信基站的覆盖范围，减小固定区域内所需要设置的基 站以节约成本，同时减小电路的尺寸和重量，这就要求提高的输出功率为了满足以上各种应用需求，近年来人们不断推动射频功率放大器的发展和进步。在这年的发展过程中，射频器件及射频技术的发展是推动射频功 率放大器发展的两大因素。射频器件的发展使射频功率放大器的发展成为可能， 射频技术的发展使射频功率放大器的性能得到提高。ｌ、射频器件方面：年等人发明双极晶体管 及年提出结型场效应管以后，硅双极晶体管应用于射频微波领域，从而可以对从几百兆赫到波段的信号进行放大；年代以后，单晶及其外延技术获得突破，肖特基势垒栅场效应晶体管研制成功。由于材料载流子迁移率高、禁带宽度大，从而使射频功率放大器具有高频率、低噪声和大功率等一系列优点。进入年代，由于分子速外延技术和有机金属化学沉积技术的发展，超薄外延层的厚度及杂质浓度得以精确控制，使异质结器件迅速发展，由组成的异质结双极晶体管相继研制成功，采用这些器件设计射频功率放大晶体管，使射频放大器的工作频率达到毫米波频段；到年代，激增了多种新型固态器件，如高电子迁移管，假同晶高电子迁移管，异质结场效应管 和异质结双极管，同时使用了多种新材料如等。这些器件能够对乃至更高频率的信号进行放大，而且在多数情况下可以运用技术。其中高电子迁移率晶体管的低噪声性能比场效应管更优越，运用这种器件设计成低噪声放大器，在波段噪声温度可达左右，广泛用于卫星接收。而则用一个薄层来作为沟道材料，同时在异质交界面上具有一个更大的不均匀导带，使其比能容纳更高的电流密度和跨导，从而在较宽的工作电流范围内保持更低噪声系