射频小信号高增益放大器设计

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1、射频放大器和微带天线实验报告学号：实验目的：1.进一步熟悉ADS软件应用2.学会对射频放大器稳定条件的判断3.熟悉史密斯圆图对晶体管的匹配应用4.了解软件HFFS对微带天线的设计实验仪器微波无源试验箱一台矢量分析仪一台电脑一台实验原理放大器可分为：高增益放大器、低噪声放大器、中-高功率放大器。电路组态按工作点的位置依次为A类、B类、C类，如图5-1(a)、(b)、(c)所示。放大器的线性工作范围。最小输入功率为接收灵敏度，最大输入功率是引起1dB压缩的功率。DR(dB)=P1dB(dBm)+174dB

2、m/Hz-BW(dBHz)-NF(dB)-G(dB)))放大器的功率附加效率2.射频放大器的设计原理及匹配技术放大器电路框图高增益放大器的阻抗匹配技术找到(GMS,GML)满足gainmatchingconditions:GMS=GIN*andGML=GOUT常用的放大器绝对稳定判据充要条件

3、S11

4、<1and

5、S22

6、<1StabilityfactorK

7、D

8、<1-1/2(

9、S11

10、-

11、S22

12、)2常用的放大器绝对稳定判据充要条件微带天线原理天线辐射电磁波的原理导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的

13、辐射。辐射的能力与导线的长短和形状有关。当天线可与波长相比拟时，发射效率越高微带传输线适当变形也可以实现辐射，制成微带天线在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片作为辐射元，就构成了微带天线。最简单的微带天线是在介质基片上贴加矩形导体薄片而形成的矩形微带天线右图给出了矩形微带辐射元的示意图，其中介质基片的厚度为h，矩形贴片的长度为L，宽度为d，与宽度为W的导带相连接。由于介质基片的厚度h远远小于工作波长l，可以认为导体贴片与接地板之间的电场沿h方向没有变化。在主模TEM波激励情况下，导体贴片的长度L=

14、lg/2。　这样，贴片与接地板之间以及贴片边缘处将形成下图所给出的电场分布。从图(a)和(b)中可以看出，这段传输线两端边缘处电场强度矢量E既有垂直分量又有水平分量由于长度L=lg/2，传输线两端边缘处电场强度矢量E的垂直分量相位相反，水平分量的相位相同。试利用AT41511设计一个900MHz放大器。其中电源为12VDC，输入、输出阻抗为50Ω。AT41511之S参数表(VCE=8V，IC=25mA，Z0=50Ω，TA=27℃)如下列。AT41511之900MHz处S参数S11Mag0.042Ang

15、66°S12Mag0.44Ang-179Mag6.19Ang81°S22Mag0.5Ang-22°步骤一：设定放大器操作频率（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50Ω。步骤二：依供应电源限制选用电晶体元件及设定电晶体之偏压条件（VCE，IC），以决定出在该条件下之电晶体的S参数（S11、S21、S12、S22），并设计其适用之偏压电路。步骤三：将步骤二所获得的S参数代入前述公式以计算出下列设计参数。「稳定因子」，K「单向化评价因子」，U「最大单向转换增益」，GTU,ma

16、x「输入稳定圆」之圆心，CS及半径，RS「输出稳定圆」之圆心，CL及半径，RL「最佳输入反射系数」ΓSm「最佳输出反射系数」ΓLm步骤四：检查K值是否小于1。若K值大于1，则为绝对稳定可进行下一步骤。若否，则须将输出入稳定圆标示于单位圆之史密斯圆图上，以方便设计输出入匹配电路时，避免使用到不稳定区域。步骤五：检查M值是否够小。若M值接近0.03（-15dB）则适用单向化设计，可得ΓS=S11*及ΓL=S22*且及其最大增益即为GTU,max；若M值较大于0.03（-15dB）则须用双向设计，可得ΓS=

17、ΓSm及ΓL=ΓLm且及其最大增益即为GT,max步骤六：利用步骤五所得ΓS及ΓL设计输出入匹配电路经公式计算结果，电晶体之K值在设计频率上大于1，为绝对稳定。此结果亦可由「输入输出稳定圆」来验证。输入稳定圆之圆心距离大小

18、CS

19、=2.675大于其半径大小RS=1.644，而且输出稳定圆之圆心距离大小

20、CL

21、=4.123亦大于其半径大小RL=3.085，故可证得为绝对稳定。而计算所得「单向化评价因子」U=0.09>0.03，所以不可以用单向化设计，而须采用双向设计。经「双向设计」计算公式，可得最佳输入

22、反射系数ΓSm=-0.7966-0.0332i最佳输出反射系数ΓLm=0.7430+0.340i最大转换增益GTmax=19.98dB。实验总结：通过这次实验，对射频放大器的相关理论知识有了较好的理解，比如，放大器的稳定条件的判断，放大器的匹配原则，如向前看，向后看，到底哪个更容易实现匹配，对操作的简单化，对史密斯圆图来匹配放大的知识有了了解，如其中的噪声圆，增益圆的相关关系，通过实验，把老师讲的知识理解的比以前通透。对HFFS软件来设计微带线天线有了了