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1、1,1.5 小信号微波晶体管放大器,1.5.1 有源二口网络的S参数 原因：物理含义确切，易测量,测量：开路测阻抗参数Z 短路测导纳参数Y 匹配测散射参数S,2,FET 的S参数,有封装,无封装,封装外壳很重要：降低性能恶化，寄生参数小，散热、尺寸,3,由于：,代入负载反射系数：,解得,1.5.2 微波晶体管放大器增益,一、输入输出阻抗,同法得,S12S21 有源器件二端口网络是非互易网络；对不同的工作频率和直流工作点，晶体管的S参数不同。,自学p.18,4,二、功率增益,转换功率增益 GT Transducer Gain最大功率增益 MAG Maximum Available Gain最大稳
2、定功率增益 MSG Maximum Stable Gain,转换增益,定义：负载吸收的功率PL与信源资用功率Pa之比Pa是指负载与信源共轭匹配时信源能给出的最大信号功率,自学pp.1921,5,GT 的基本概念:1.物理意义：插入放大器后负载实际得到的功率与无放大器时可能得到的最大功率比2.和S参数、输入、输出阻抗(S、L)有关3.双向共轭匹配：S=in*，L=out*-MAG(共轭匹配是实部相等，虚部抵消，无反射，传输功率最大)4.输入、输出都无反射匹配：S=L=0 GT=|S21|2 MAG,6,由于输入口共轭匹配，即S=in*，GT只随L而变化，且GT是L的二次方程，等增益即GT为常数时
3、的L在L复平面上是圆。,圆心位置：,圆半径：,等增益圆的半径和圆心是：,7,等 增 益 圆,在史密斯圆中呈现等增益圆,S=in*、L=out*时，是共轭匹配，增益最高，GT=MAG,Sin*，Lout*时，失配，增益下降,8,1.5.3 微波放大器稳定性,微波管有内部反馈 S12是反馈，S12、S21有相位移判断不稳定依据：输入或输出端是否等效有负阻,一、稳定性判别圆,9,稳定性判别圆的建立,输入端稳定性判别圆,-分式线性变换,无源负载：|L|1,10,稳定性判别圆位置,输入端稳定性判别圆 圆心位置向量 判别圆的半径 输出端稳定性判别圆 圆心位置向量 判别圆的半径,式中：,|in|=1,自学
4、p.22,11,记住(a)(b)(e),阴影范围：不稳定区,12,多频率点稳定性判别圆,13,小结,1.潜在不稳定原因：管内反馈S122.用判别圆确定造成不稳定的S、L的范围3.判别圆大小、位置取决于自身S参数4.稳定情况有六种可能性(书p.24)，需记住(a)绝对稳定(b),(e)潜在不稳定，设计放大器时选S、L稳定区,14,二、绝对稳定的充分必要条件,绝对稳定的必要条件 依据：化简得 定义稳定性系数 绝对稳定的充分必要条件,自学pp.2325,15,三、稳定性系数的性质,1.K1是潜在不稳定，有自激振荡的可能性2.信源反射波小于信源入射波时不振荡：,由图可知,得到不自激振荡条件：,16,3
5、.信源阻抗对稳定性有影响,不自激振荡条件：,*信源阻抗50欧姆时，不会产生振荡*实际天线通常不是全匹配，尤其频带外失配较大*移动通信天线受环境影响大，源阻抗变化大,基本规律：,17,4.网络两端口串联或并联电抗时，总网络 K不变,K=Ka,5.网络两端口串联或并联电阻时，总网络 K增加，即稳定性 改善,6.网络两端口之间加电抗时(反馈)，总网络 K改变 串联负反馈可以在一定频带内加大K值，改善稳定性，是 常用方法,18,1.6 放大器噪声参数,1.6.1 有源网络噪声参数一般表示式 噪声来源：BJT 热噪声 散粒噪声（发射极）（收集极）(分配）闪烁(1/f)噪声 最小噪声系数 FET 沟道热噪
6、声 栅感应噪声 谷际散射与高场扩散噪声 闪烁噪声 最小噪声系数,19,噪声参数估算,根据定义,B=f,网络输出端信源噪声电流均方值:,网络输出端总噪声电流均方值:,等效噪声电压源用等效噪声电阻Rn表示:,20,求最小值：令,求得 算得 最小噪声系数 最佳的信源内导纳 换算的非最佳源导纳时的噪声系数,最小噪声系数 等效噪声电阻 最佳的信源反射系数,NF性质:Ys=Yopt时噪声最小 Ys与Yopt偏离时，噪声与Rn有关,自学pp.2627,21,噪声参数(NFmin、|opt|、opt、Rn)的测量,1.调整可调匹配器1和可调匹配器2，先使NF达到最小，再使增益最大，即输出达到匹配，得NFmin
7、,2.调匹配器1不动，关噪声源，去掉被测微波管，用网络分析仪测反射系数得,3.调偏，使NF略增加，测出S和NF，用下式算出Rn,4.改变频率，重复以上各步。,22,1.6.2 等噪声系数圆和等增益圆,根据,移项,自学pp.2829,等噪声系数圆心位置,等噪声系数圆半径,23,MAG最大增益（双向共轭匹配）,特点：等噪声系数圆的圆心都在opt到原点的连线上。,阻抗圆图上的等噪声系数圆和等增益圆,阻抗圆图上的NFmin值对应的是信源阻抗Zopt值，要求Yopt值需将幅角加,最佳噪声要求的S与最大增益要求的S并不一致。如果要NF最佳，增益要下降，在NFmin处的增益用Ga表示(相关增益),24,双向
8、共轭匹配时，最大增益,转换增益,1.7 微波晶体管放大器,1.7.1 放大器的增益,25,有潜在不稳定情况的等增益圆,增益公式的几种表示式,当,时，,最大功率增益MAG,K=1的临界情况，得最大稳定增益：,26,放大器的输出与输入驻波比,驻波比,增益与驻波比随频率的变化：,27,反射损耗与隔离器 反射损耗定义：反射损耗不良时的后果：损失信号能量 数字通信误码率增大 群时延特性变坏 电视图像重影 系统不稳定,改善反射损耗的措施：铁氧体隔离器 正向衰减 反向隔离,28,1.7.2 多级放大器噪声,噪声系数,定义,Sin,Nin输入信号功率和输入噪声功率,Sout,Nout输出信号功率和输出噪声功率
9、,物理含义：信号通过放大器以后，信号/噪声比变坏的倍数 单位：NF(dB)=10 Log NF,29,匹配时，Rg=RL，信源阻抗Rg产生的热噪声,匹配时信源产生的热噪声功率,信源Rg必产生的热噪声功率 kT0B,30,多级联放大器 噪声系数,整机噪声系数,1.根据NF定义衰减倍数就是噪声系数2.衰减器不能衰减kT0B,31,1.放大器前的衰减量是噪声增加量2.后级噪声影响减弱3.由于F1最小时G1不是最大，最好找出F1和G1的最佳比例，使总的噪声系数最小。,整机噪声系数,32,信源内阻噪声 Nin=kT0B信源产生的输出噪声 kT0BG放大器产生的输出噪声 kTeBG输出端总噪声 Nout=k(T0+Te)BG噪声系数 NF=Nout/(kT0BG)=1+Te/To Te=To(NF-1),噪声温度,举例 T0=293K,物理含义：放大器产生的噪声功率等效于(T0+Te)的物体在其输入端产生的热噪声,33,各级产生的噪声,多级放大器噪声温度,整机噪声温度,
