1、2.特性(txng)指標(biāo)(1) 增益(zngy)：轉(zhuǎn)換(zhunhun)功率增益：單向化功率增益：22221211222112(1)(1)(1)(1)LSTSLLSSGSSSS 負(fù)載吸收的功率倍信號源共軛匹配時的輸入功率22221222211(1)(1)(9.12)11LSTuLSSGSS ，第1頁/共41頁第一頁，共41頁。資用功率(gngl)增益：功率(gngl)增益：22222|(1 | )|1|inLGS 2L21(1-| )|S負(fù)載得到的功率放大器輸入的功率22212222(1)(1)1SAoutSSGS 輸出共軛匹配時負(fù)載得到的功率輸入共軛匹配時，輸入端信號功率第2頁/共41頁第二

2、頁，共41頁。(2) 增益平坦度：在工作(gngzu)頻帶內(nèi)，增益的不均勻程度。如：不均勻度0.5dB, 1dB.(3) 工作頻率及帶寬： 工作頻率：一般指放大(fngd)器具有最正常放大(fngd)狀態(tài)的中心頻率； 帶寬：指放大(fngd)器具有正常放大(fngd)狀態(tài)的頻率范圍。(4) 輸出功率：表示(biosh)放大器在輸出信號滿足一定的線性要求前提下，所具有的輸出能力。第3頁/共41頁第三頁，共41頁。(5) 直流輸入功率：放大器工作(gngzu)時，對電源的耗電。(6) 輸入、輸出端駐波系數(shù)：在規(guī)定的參考阻抗條件下，衡量放大器的輸入阻抗(sh r z kn)和輸出阻抗對參考阻抗的接近

3、程度。(7) 噪聲系數(shù)：RF放大器本身產(chǎn)生(chnshng)熱噪聲的指標(biāo)。在微弱信號放大時，必須是低噪聲放大器。(8) 穩(wěn)定性：放大器在工作頻帶內(nèi)必須是穩(wěn)定工作的，不能產(chǎn)生自激振蕩。第4頁/共41頁第四頁，共41頁。3.穩(wěn)定性判定(pndng)自激振蕩：當(dāng)放大器的輸入端的(dund)輸入信號為0，其輸出端仍有振蕩信號輸出，此放大器就處于自激振蕩狀態(tài)。穩(wěn)定(wndng)放大器：放大器的輸出信號又依賴于輸入信號的存在而存在、變化而變化。放大器的穩(wěn)定性：絕對穩(wěn)定(無條件穩(wěn)定)：此時任何負(fù)載阻抗和源阻抗都能使放大器穩(wěn)定。潛在不穩(wěn)定( 有條件穩(wěn)定)：負(fù)載和源阻抗不能任意選擇，有一定的限制才能使放大器穩(wěn)定

4、。第5頁/共41頁第五頁，共41頁。放大器穩(wěn)定性判定原則：判定放大器的輸入和輸出端是否(sh fu)具有負(fù)阻現(xiàn)象： 有負(fù)阻-自激； 無負(fù)阻-穩(wěn)定第6頁/共41頁第六頁，共41頁。 對于輸入(shr)端口：設(shè)放大器的輸入(shr)阻抗為：0000220220()()1()()1ininininininininininininininininininZRjXZZRZjZZZRZjZRRZZRZZ 有：出現(xiàn)負(fù)阻時(0),即:不穩(wěn)定!，若不出現(xiàn)負(fù)阻,必須:第7頁/共41頁第七頁，共41頁。對于(duy)輸出端同理：無負(fù)阻時，必須：由輸入和輸出穩(wěn)定(wndng)條件得放大器穩(wěn)定(wndng)性判據(jù)：1o

5、ut11inout第8頁/共41頁第八頁，共41頁。采用(ciyng)”穩(wěn)定因子k”判定絕對穩(wěn)定: 如果給出了電路端口或元器件的S參數(shù)條件, 則:放大器輸入/出的絕對穩(wěn)定(wndng)的判定可用穩(wěn)定(wndng) 因子方法:11212112221121122222211SSSSSSSSk且第9頁/共41頁第九頁，共41頁。放大器的穩(wěn)定(wndng)措施：1.通常在輸入、輸出回路中增設(shè)(zn sh)阻尼電阻 (串聯(lián)或并聯(lián))；2.選合適參數(shù)的放大器件;3.選擇合理的工作點;4.正確選擇組成諧振電路的L/C值關(guān)系(串聯(lián):L高,Q高;并聯(lián):C高,Q高)。 第10頁/共41頁第十頁，共41頁。6.2 R

6、F放大器的設(shè)計(本課程只討論(toln)單向化設(shè)計)單向化設(shè)計(shj)條件：S12=0 (若晶體管的S12很大，那就意味著此管很差)增益(zngy)分析：222210222111111SLTuSLLSGSGGGSS 第11頁/共41頁第十一頁，共41頁。其中(qzhng)：GS表明由輸入端匹配情況及S11數(shù)值大小所致(su zh)的附加增益，匹配時：GL 表明由輸出端匹配情況及S22數(shù)值大小所致(su zh)的附加增益，匹配時：G0 放大元件本身(bnshn)的放大能力。所以放大器的匹配狀態(tài)直接影響放大器的所以放大器的匹配狀態(tài)直接影響放大器的增益性能！增益性能！21111 |SSMAXG22

7、211 |LMAXGS第12頁/共41頁第十二頁，共41頁。以單級微帶放大器設(shè)計為例，介紹(jisho)設(shè)計步驟：設(shè)計設(shè)計(shj)步驟：步驟：1.輸入匹配(ppi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：已知晶體管的S11，目的：將S11對應(yīng)的阻抗值與參考阻抗Z0(通常源阻抗數(shù)值為Z0)進行共軛匹配。本方法為了簡便，就都在導(dǎo)納圓圖上進行。第13頁/共41頁第十三頁，共41頁。步驟(bzhu)： 將S11點標(biāo)于導(dǎo)納圓圖，為y11點；從y11開始，沿等 圓向傳輸線始端方向行進 L1 至y11點，(此時，須：Re(y11)=1;那么，只要制造一個并聯(lián)的“-Im(y11)”就實現(xiàn)(shxin)了共軛匹配)再找到“0-Im (y1

8、1)”點，從“0-Im (y11)”點開始，沿g=0圓(因為并聯(lián)(bnglin)導(dǎo)納)向傳輸線終端方向行進L2至短路/開路點，這樣就制造了一個并聯(lián)(bnglin)導(dǎo)納數(shù)值為“-Im (y11)”與“+Im (y11)”抵消，就實現(xiàn)了共軛匹配，此時，在此終端點處，是短路點(或開路點)，則短截線L2就為短路線(或開路線)。第14頁/共41頁第十四頁，共41頁。2.輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(wnglu)設(shè)計： 已知晶體管的S22，目的：將S22對應(yīng)的阻抗值與參考阻抗Z0(通常外負(fù)載阻抗數(shù)值為Z0)進行共軛匹配(ppi)。為方便微帶以并聯(lián)為電納為主，匹配(ppi)過程在導(dǎo)納圓圖上進行。 步驟： 1.將S22標(biāo)于導(dǎo)

9、納圓圖，為y22點;第15頁/共41頁第十五頁，共41頁。 2.從y22開始，沿等 圓向傳輸線始端方向行進 L3 至y22點，(此時，須：Re(y22)=1;那么，只要制造(zhzo)一個并聯(lián)的電納“-Im(y22)”就實現(xiàn)了共軛匹配) 3.再找到“0-Im (y22)”點，從“0-Im (y22)”點開始，沿g=0圓(因為并聯(lián)導(dǎo)納)向傳輸線終端方向行進L4至短路/開路點，這樣就制造(zhzo)了一個并聯(lián)導(dǎo)納數(shù)值“-Im (y22)”與“+Im (y22)”抵消，就實現(xiàn)了共軛匹配，此時，在此終端點處，是短路點(或開路點)，則短截線L4就為短路線(或開路線)。第16頁/共41頁第十六頁，共41頁

10、。3.微帶放大器電路(dinl)形式第17頁/共41頁第十七頁，共41頁。 實際(shj)各線長：11gLl22gLl 33gLl44gLl 另外，其它匹配形式：S11(或S22)先消去對應(yīng)(duyng)阻抗的虛部，再將剩下的實部經(jīng) 線轉(zhuǎn)換成Z0值。4g第18頁/共41頁第十八頁，共41頁。4.偏置注入(zh r)網(wǎng)絡(luò)：(1)若微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用短路短截線，則可以直接將直流偏置從短路線的交流短路點注入(zh r)。第19頁/共41頁第十九頁，共41頁。(2)若微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)中不應(yīng)用短路短截線，則直流偏置必須經(jīng)過(jnggu) 短路線注入。4g第20頁/共41頁第二十頁，共41頁。6.3寬帶(k

11、un di)RF放大器 1.頻率補償匹配： 原理：在放大器的輸入或輸出端口引入適當(dāng)?shù)氖?，用于補償S參數(shù)的頻率特性。 方法： (1)輸入端選頻匹配，并且匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值較小，帶相對較寬；同時，輸出端口采用純電阻或阻抗(zkng)作為直流負(fù)載(純電阻負(fù)載對頻率無關(guān)！阻抗(zkng)負(fù)載使得高頻時阻抗(zkng)上升！以彌補 隨 而 )。21Sf 21S第21頁/共41頁第二十一頁，共41頁。 (2)故意將匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計在高頻端，這樣使高頻端匹配良好，高頻端匹配網(wǎng)絡(luò)的附加增益相對較高，以彌補高頻端 的變小，使高頻端總增益不至于過低；同時，在低頻端側(cè)，匹配網(wǎng)絡(luò)造成一定的失配，使匹配網(wǎng)絡(luò)的附加增益很小(小

12、于1倍)，由于在低頻端 較高，這樣使得低頻端的總增益不至于過高！最終使放大器在整個工作(gngzu)帶寬內(nèi)實現(xiàn)均勻。21S21S第22頁/共41頁第二十二頁，共41頁。2.負(fù)反饋(頻率(pnl)很高的RF放大器，不用負(fù)反饋來展寬頻帶) 原理：同低頻模擬放大器的負(fù)反饋作用！ 優(yōu)點(yudin)：能提高帶寬(使通帶內(nèi)增益平坦)，降低通帶內(nèi)輸出、輸入駐波系數(shù)，降低放大器的離散性，造成放大器性能不一致。 缺點：不能發(fā)揮晶體管的最大功率增益；噪聲性能變差。第23頁/共41頁第二十三頁，共41頁。 隨著工作頻率的增加，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)電路更容易(rngy)受到寄生參數(shù)的影響。當(dāng)頻率超過5GHZ(左右)時，這類集

13、總參數(shù)元件方案就開始失效了。所以頻率較高的RF放大器不采用負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)第24頁/共41頁第二十四頁，共41頁。3.平衡(pnghng)放大器 (Z0為吸收電阻：使得1口與4口之間相互隔離(gl)，且1口與4口相位相差：90。（1口滯后于4口） 第25頁/共41頁第二十五頁，共41頁。 微帶：功分器(無相移) 微帶功分器倒接成為：微帶帶路功率合成器 A1、A2兩個完全相同的RF放大器；兩個RF放大器故意工作在90的相位差上，是為防止(fngzh)干擾、自激第26頁/共41頁第二十六頁，共41頁。6.4 RF功率(gngl)放大器 因為小信號RF放大器設(shè)計是基于線性、小信號S參數(shù)的基礎(chǔ)( jch)上

14、。當(dāng)大功率時，由于放大器件工作近非線性去，所以要用大信號時S參數(shù)和考慮大信號非線性失真情況。 大功率RF放大器的關(guān)鍵性能指標(biāo)就是非線性失真情況。第27頁/共41頁第二十七頁，共41頁。1.功率(gngl)壓縮第28頁/共41頁第二十八頁，共41頁。 線性區(qū)：當(dāng) Pi 以 Go 關(guān)系變化(binhu)( Go為常數(shù)); 即：Pi逐步增大，有:Po(dB功率）= Pi(dB功率）+ Go (dB值） 非線性區(qū)：當(dāng)：Pi 增大到一定時(某一值時)， 當(dāng)：Po(dB功率）= Pi(dB功率）+ (Go-1) (dB值）剛好發(fā)生時，不再線性，并導(dǎo)致輸出功率有1dB的壓縮。即認(rèn)為此時是放大器最大的輸出功率

15、，此時的輸入功率Pin1dB是放大器的最大輸入功率。第29頁/共41頁第二十九頁，共41頁。 當(dāng)Pin變小到一定值時，由于(yuy)功率放大器常常不是工作于甲類狀態(tài)，所以要失真。因此，輸入信號功率不能低于Pin,mds 定義：放大器允許的最小輸入信號與最大輸入信號之間的范圍大小為放大器的輸入動態(tài)范圍，放大器的最大輸出信號與最小輸出信號之間的范圍為放大器的輸出動態(tài)范圍。因此， 放大器的動態(tài) 范圍： 一般表示：(),()Rout dBout mds dBdPP第30頁/共41頁第三十頁，共41頁。也可以理解為： 當(dāng)輸入為Pin1dB - 1dB時，輸出： Pout保持線性不失真的極限為Pout1d

16、B；當(dāng)輸入為Pin1dB時，輸出：Pout為 Pout1dB, Pout1dB稱放大器在1dB壓縮點的輸出功率(gngl)，也是放大器的最大輸出(不失真的最大輸出)功率(gngl)。有： 其中：G0為放大小信號、理想的線性增益。,10(),1()1()()out dBdBin dBPdBmGdBPdBm第31頁/共41頁第三十一頁，共41頁。放大器的輸出噪聲功率(gngl)為： 其中:KTB為放大器輸入端自然噪聲功率(gngl),F為放大器的噪聲系數(shù)(倍),G0為放大器的理想線性增益(倍) 。 ,0n outPKTB F G第32頁/共41頁第三十二頁，共41頁。2. 三階截止(jizh)點三

17、階失真第33頁/共41頁第三十三頁，共41頁。 因為交叉調(diào)制失真(sh zhn)屬于三階失真(sh zhn)，所以可用三階互調(diào)失真(sh zhn)分量來描述交調(diào)失真(sh zhn)。 交調(diào)失真(sh zhn)： 這里IMD的單位是dB。 (在大信號時，放大器逐步離開線性區(qū)，逐步進入非線性區(qū)！)221()(2)()()out foutffIMDPdBmPdBm第34頁/共41頁第三十四頁，共41頁。 當(dāng)輸入信號 f1和f2變化時,輸出信號中的f1和f2按輸入信號的變化以G0規(guī)律變化；而輸出信號中的三階互調(diào)分量(2f1f2)和(2f2f1)隨信號幅度變化而急劇變化,即f1和f2信號幅度變化1dB時

18、，(2f1f2)和(2f2f1)信號幅度變化3dB。因此，隨輸入信號f1和f2的幅度增大時，輸出互調(diào)產(chǎn)物(2f1f2)和(2f2f1)增大得更快,以至(yzh)輸出信號中的f1和f2(有用信號)的幅度與(2f1f2)和(2f2f1)(無用干擾信號)的幅度差(對數(shù)單位制)越來越近，使干擾成分不能被忽略。 第35頁/共41頁第三十五頁，共41頁。三階截止點IP是一定固定點，與放大器的功率增益無關(guān)，所以用來衡量三階失真的參量(cnling) 。離開線性區(qū)后，逐步進入非線性區(qū)，Pin每增大1dB，Pout(2f2f1)就增大3dB。從輸入(shr)輸出功率關(guān)系看第36頁/共41頁第三十六頁，共41頁。第37頁/共41頁第三十