微波电子线路第二章文稿课件.ppt

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1、微波电子线路第二章西安电子科技大学王家礼微波电子线路第二章微波放大电路的设计一、微波晶体管简介1、双极晶体管（BipolerJunctionTransistor)材料：硅（Si）NPN型两种载流子参与导电电流控制元件参数：S参数，噪声参数(最小噪声系数、等效噪声电阻、最佳源反射系数或最佳源导纳），1dB功率压缩点，截止频率，最大振荡频率。特点：价格低廉、可集成、噪声低。应用：频率在4GHz以下可作放大器，频率在6GHz以下可作振荡器。微波电子线路2、金属栅场效应管（MESFET)、高电子迁移率场效应管（HEMT)材料：GaAs肖特基势垒结一种载流子参与导电电压控

2、制元件参数：S参数，噪声参数(最小噪声系数、等效噪声电阻、最佳源反射系数或最佳源导纳），1dB功率压缩点，截止频率，最大振荡频率。特点：高截止频率、噪声系数低、可集成应用：可作放大器、振荡器，但噪声较高。3、异质结晶体管（HBT）材料：Al-GaAsIn-GaAsP-GaAsNPN型纵向结构参数：S参数，噪声参数(最小噪声系数、等效噪声电阻、最佳源反射系数或最佳源导纳），1dB功率压缩点，截止频率，最大振荡频率。特点：高截止频率、噪声低、可集成、高电流增益。应用：可作微波毫米波放大器、低相位噪声的振荡器。微波电子线路二、微波放大器特性分析微波放大器的设计就是根据

3、所选定的晶体管设计输入匹配网络和输出匹配网络。微波小信号放大器的性能指标有；频率范围、功率增益、输出功率、噪声系数等等。下面我们来讨论小信号晶体管放大器的性能。微波电子线路1、晶体管放大器的稳定性晶体管放大电路必须满足的首要条件之一是在其工作频率范围内的稳定性。这一点对于微波电路是非常重要的，因为微波电路在某些工作频率和终端条件下有产生振荡的趋势，这种趋势在放大器中称为自激。经分析不满足下列条件将产生自激，因此下列条件就是放大器稳定性判别的准则。>1称为稳定性系数满足以上条件的放大器称为绝对稳定的，否则就是潜在不稳定。微波电子线路2、晶体管放大器的功率增益微波功

4、率放大器的增益有多种定义，他们取决于人们对微波放大器运行机制的了解。下面我们介绍他们的定义及经推导所得到的表达式。工作功率增益(Operatingpowergain)定义为：其中;转换功率增益的定义为；＝资用功率增益定义为：=其中;微波电子线路例1、某一微波放大器的S参数为：其源阻抗为40欧姆，负载阻抗为73欧姆，求其工作功率增益、转换功率增益、资用功率增益。解：工作功率增益转换功率增益＝10.99dB资用功率增益＝16.68dB＝11.38dB微波电子线路3、晶体管放大器的噪声两级晶体管放大器的噪声系数为4、晶体管放大器输入、输出匹配电路拓扑的选择a、集中参数

5、电路拓扑微波电子线路b、分布参数电路拓扑微波电子线路5、集中参数电路拓扑的微波实现集中参数电容用开路传输线来实现，而集中参数电感用一段传输线来实现。微波电子线路6、微波放大器的直流偏置a、双极晶体管直流偏置电路在分布参数电路中，图中的电感用高阻抗传输线来实现，如右图所示b、MES场效应管直流偏置电路微波电子线路MES场效应管双电源供电偏置电路MES场效应管单电源供电偏置电路在分布参数电路中，图中的电感用高阻抗传输线来实现，如右图所示微波电子线路三、微波放大器设计方法微波放大器的设计实质上是设计输入输出匹配网络，不同的条件设计的方法是不一样的，下面我们来讨论它们的

6、设计方法。1、绝对稳定条件下的单向化设计微波晶体管一般来说是很小的，在一定的条件下是可以忽列的，即此时，，我们可以根据共轭匹配来设计输入输出匹配网络。令，由于忽略了，其单向化增益为微波电子线路由于忽略了的影响，那么它给增益带来多少误差。若为单向化转换功率增益，则时由于单向化设计带来的转换功率增益误差在正负1dB之内。利用按照匹配网络设计方法来设计输入输出匹配网络。2、绝对稳定条件下的双共轭匹配设计令其中；已知按照匹配网络设计方法来设计输入输出匹配网络。3、绝对稳定条件下的最小噪声系数设计令微波电子线路已知按照匹配网络设计方法来设计输入输出匹配网络。4、潜在不稳定

7、条件下的设计a、稳定化设计；我们首先采取一些措施使得晶体管稳定，其措施有如下办法；微波电子线路微波电子线路b、潜在不稳定条件下设计；潜在不稳定条件下我们首先把平面的单位圆（单位圆内的输入反射系数的绝对值都小于1）映射到平面上（映射圆称为稳定圆），在平面上在稳定区域选择，该保证输入反射系数的绝对值小于1。稳定圆的半径r和稳定圆的圆心位置由下式求出；然后我们把平面的单位圆（单位圆内的输入反射系数的绝对值都小于1）映射到平面上（映射圆称为稳定圆），在平面上在稳定区域选择，该保证输出反射系数的绝对值小于1。稳定圆的半径r和稳定圆的圆心位置如下式所示。微波电子线路5、微波

8、放大器设计步骤；例；设计