射频与微波放大器设计.ppt

射频与微波放大器设计 射频和微波放大器设计的基本考虑 1 功率或信号电平 小信号 大信号 (高功率) 2 工作带宽 窄带 宽带 3 增益 高增益 (窄带) 常数增益 (宽带) 4 噪声 低噪声 5 多级放大器 射频与微波放大器设计 基本设计方法 —采用S参数来进行设计 微波放大器用基本器件 双极晶体管 (较低频率) 场效应管(较高频率，可以一直工作到毫米波段） 射频与微波放大器设计 ——放大器的分类 ?A 类（甲类）放大器 A 类（甲类）放大器的特点是，在整个信号周期内，放大器都工作于晶体管的工作区。 B 类（乙类）放大器 B 类放大器的特点是，在放大器的工作过程中，大约半个信号周期的时间工作于晶体管的工作区。 射频与微波放大器设计 ——放大器的分类 AB 类（甲乙类）放大器 在小信号时，放大器为A类工作，在大信号时，放大器为B类工作的放大器称为AB类放大器。 C 类（丙类）放大器 放大器在整个信号周期内，晶体管在工作区工作的时间明显少于半个信号周期的放大器为C类放大器。 小信号放大器设计 小信号放大器设计的基本步骤 选择适当的器件或芯片 工作频率 增益 噪声 功率电平 直流偏置设计 偏置电压（Q点）的选择 一般来说，放大器直流偏置电压对于应该选择在IC-VCE曲线（双极晶体管）或ID-VDS曲线（场效应管）的中部，以保证晶体管在工作区（双极晶体管）或饱和区（场效应管）工作。 小信号放大器设计 直流偏置电路的设计 直流偏置电路的设计原则应该是：直流偏置的引入对微波和射频信号没有影响，即一方面要防止微波和射频信号从偏置泄漏，干扰偏置回路的正常工作，同时也要防止外界干扰信号通过偏置回路影响微波和射频系统的工作。 因此直流偏置回路应该是一个低通滤波器，并且在与微波回路相关的连接处向直流偏置看去的输入阻抗应该为近似开路。 小信号放大器设计 小信号放大器设计 小信号放大器设计 稳定性分析 稳定性判据 绝对稳定 条件稳定 采用负反馈、电阻加载等措施 注意： 不但要考虑工作带宽内的稳定性，也要考虑工作带宽外的稳定性 匹配网络的设计 根据不同放大器的要求，进行匹配网络的设计。 带宽的考虑 双向还是单向设计 增益与噪声设计的平衡 级间匹配（共轭匹配） 小信号放大器设计 窄带放大器设计 工作带宽小于10%的放大器可认为是窄带放大器 窄带放大器分类 最大增益放大器 高增益放大器 最低噪声放大器 高增益放大器设计举例 例 15.1 设计一工作频率为3GHz，增益为15dB的放大器，选择如下S参数的双极晶体管（VCE=4V ，IC=5mA）： 解 最大增益放大器设计 最大增益放大器实际上是高增益放大器设计的特例 设计过程实际上是实现对输入和输出端的共轭匹配 当S12≠0时，采用单向设计应该核对设计误差是否满足指标误差要求 设计举例 低噪声放大器 (LNA)设计 设计考虑 设计的主要目标是使放大器的在噪声低于规定值的前提下，尽可能获得较高的增益。 大多数情况下，最小噪声和最大增益并不是同时出现！ 低噪声放大器 (LNA)设计 基本设计步骤 设计的前五个步骤与其它类型的放大器是相同，此后，有 计算输入和输出匹配网络的分配增益。 将常数噪声圆、源（输入）常数增益圆绘在同一张Smith圆图上。 选择与预设的常噪声系数圆相交的输入（源）常增益圆，作为增益设计的考虑，设计时应考虑到带宽的要求。 低噪声放大器 (LNA)设计 (4) 在选定的输入常数增益圆上选择在预定噪声圆内的ГS值，设计输入匹配网络。 (5) 根据增益和带宽要求，选择ГL 值，设计输出匹配网络。 设计举例 宽带放大器（BBA）设计 1 宽带放大器的定义 在宽带范围（一个倍频程甚至十个倍频程）内具有平坦响应的放大器为宽带放大器。 2 宽带放大器设计的基本考虑 设计的基本方法与前面研究的高增益放大器的基本设计方法是相同的。 由于器件参数和匹配网络特性随频率变化，宽带放大器的设计比高增益放大器的设计复杂。 宽带放大器（BBA）设计 ——宽带放大器的设计考虑 晶体管的 |S21| 和 |S12| 随频率变化的规律 宽带放大器（BBA）设计 ——宽带放大器的设计考虑 宽工作频带范围内的稳定性 K因子依赖于|S12S21|的乘积，因此放大器的稳定性依赖于|S12S21|随频率变化曲线的平坦度。 S11 和 S22在整个工作频率范围的变化 直接影响到输入和输出匹配网络的宽带设计。输入和输出匹配网络的特性本身随频率变化。 噪声系数在宽频带内的变化特性 影响工作频带内的噪声特性 宽带放大器（BBA）设计 3、宽带放大器设计的主要方法 （1）匹配补偿技术