微波集成电路 课件 第五章微波混合集成电路-5.1概述5.2微带混合集成晶体管放大器.pptx

第五章微波混合集成电路5.1概述5.2微带混合集成晶体管放大器5.3微波振荡器5.4微波混频器5.5微波倍频器5.6微带混合集成技术

5.1概述微波混合集成电路：以绝缘介质基片为衬底，采用薄膜或厚膜工艺制作出分布参数传输线、无源元件，再将具有单独封装的微波固体器件或将未封装的微波裸芯片以适当方式装配到电路中，实现具有完整的电路或系统功能的集成电路形式。（与波导、同轴等立体电路相比较）微波混合集成电路的优点：（2）电路性能显著提升电路结构是以高介电常数、薄厚度基片为衬底的平面电路（1）电路体积小，重量轻，可实现系统微型化固态有源器件的引入，使得微波混合集成电路可实现几乎所有微波信号处理的功能；分布参数无源电路采用半导体工艺的制版和光刻技术实现,加工精度高；微带电路半开放的电路结构，可进行精确地微调和测试固态有源器件为微电子器件，器件寿命长无源电路是在介质基片上一次制作完成，消除了许多连接接头（3）电路可靠性显著提升（4）成本低无需精密的机械加工；加工制作重复性好，可实现批量化生产

5.1概述（与波导、同轴等立体电路相比较）微波混合集成电路的缺点：（2）电路输出功率低，功率容量低（1）电路损耗大，Q值低，高Q值性能需采取特殊电路结构实现固态功率器件输出能力低于真空电子器件——近年来新型固态高功率器件有所突破（GaN器件），但在较高频率处还是受限电路体积小，热量集中，散热困难；较大的电路损耗进一步增加了散热负担，消减了功率容量

5.2微带混合集成晶体管放大器概述放大——把微弱的电信号的幅度放大。一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即不失真。

概述常用的微波放大器

放大器主要技术参数1.增益（Gain）对信号幅度放大能力2.噪声系数NF放大器对信噪比的恶化3.输入/出反射系数放大器与系统阻抗的匹配关系4.输出功率1dB压缩点放大器线性功率输出能力5.饱和输出功率放大器功率输出能力6.效率PAEDC-RF功率转换能力7.三阶互调抑制度/三阶互调交叉点概述

微带混合集成晶体管放大器的构成微波晶体管封装裸管芯匹配网络输入匹配输出匹配DC偏置网络器件参数（S参数）匹配电路设计:最大增益最小噪声DC偏置网络设计概述

晶体管器件的S参数用S参数表征晶体管特性优势明显5.2.1微波晶体管放大器理论其他参量（如y、h参量）大都表征网络在开、短路状态下电压、电流关系；晶体管在开、短路状态易于发生振荡，不能得到合适的放大状态电路参量；S参量的确定无需理想开短路要求，适合于分布参数电路系统；S参数是基于入射波和反射波的概念建立的，和实际器件工作状态一致

晶体管S参数定义端口电压与端口电流用入射波和反射波表示：引入归一化波的概念：晶体管器件的S参数各端口入射波和反射波功率可简单表达：

晶体管S参数定义晶体管器件的S参数反射系数传输系数晶体管S参数与Zc1和Zc2有关，对不同特性阻抗的测量系统，得到的S参数不同；Zc1和Zc2称为测量S参数的系统阻抗，一般为：Zc1=Zc2=50Ω

单级放大器网络分析a1a2b1b2a1a2b1b2简化网络：5.2.1微波晶体管放大器理论

各端口反射系数单级放大器网络分析源反射系数负载射系数输入反射系数输出反射系数各端口反射系数决定了放大器各种匹配状态——工作状态

各端口反射系数表达单级放大器网络分析端口1加激励信号源as,端口2仅接负载端口2加激励信号源aL,端口1仅接负载

各端口功率单级放大器网络分析V1I1放大器输入端加激励源时，其中，于是，其中，进入晶体管输入端功率于是，

各端口功率单级放大器网络分析b1a1定义信号源归一化波：当Zs=Zc时，，有：进入晶体管输入端功率?得：或：

各端口功率单级放大器网络分析V1I1进入晶体管的功率为:P1a为信号源资用功率?

传输给负载的功率单级放大器网络分析对于负载来说，晶体管输出信号可由等效源表示

传输给负载的功率单级放大器网络分析P2a为放大器资用功率?

增益单级放大器网络分析（a）工作功率增益GP为放大器实际工作中功率增益的量度GP与晶体管S参数和负载?L有关

增益单级放大器网络分析（b）资用功率增益Ga为放大器两个端口共轭匹配时产生的功率增益Ga与晶体管S参数和源?S有关

增益单级放大器网络分析（c）转换功率增益Gt为放大器实际传送到负载的功率与信号源资用功率之比Gt与晶体管S参数，源?S，负载?L有关在一般情况下:

稳定性单级放大器网络分