实验六 射频放大器的设计与仿真1

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,XIAN JIAOTONG UNIVERSITY,2014-5-29,Xian Jiaotong University,Page,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014-5-29,Xian Jiaotong University,Page,#,单击此处编辑母版标题样式,实验六,射频放大器的设计、仿真与测试,了解描述射频放大器的主要性能参数及类型,掌握放大器偏置电路设计方法,了解最小噪声、最大增益放大器的基本设计方法,掌握放大器输入、输出网络的基本结构类型,掌握用,ADS,进行放大器仿真的方法与步骤,一、实验目的,降频器,RF,滤波器,前置放大器,IF,带通滤波器,RF,滤波器,LNA,IF,滤波器,IF,放大器,接收天线,功率分配器,发射天线,功率放大器,升频器,IF,放大器,Base,P,rocessor,Unit,(BPU),Gain,Controller,PAD,PAD,PLL,VCO,低噪声,MMIC,照片,低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，减小噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。,功率放大器一般在系统的输出级，为天线提供辐射信号。,二、基本理论,常用的微波晶体管放大器有低噪声放大器、宽带放大器和功率放大器。目的是提高信号的功率和幅度。,主要内容：,二端口功率增益相关概念,放大器稳定性,单级晶体管放大器的设计方法,宽带晶体管放大器设计方法,功率放大器设计方法,噪声系数与噪声温度,功率增益,增益平坦度,工作频带,动态范围,输入输出端口驻波和反射损耗,稳定性,1dB,压缩点,微波低噪声放大器的主要技术指标有,:,二端口网络的功率与功率增益及主要指标,送到网络的平均功率,送到负载的平均功率,实际功率增益,信号源的资用功率,转换功率增益,资用功率增益,2.,放大器的稳定性,由于放大器件内部,S,12,产生的负反馈导致放大器工作不稳定！稳定性设计是设计放大器时首要考虑的问题。,无条件稳定：,不管源阻抗和负载阻抗如何，放大器输入输出端反射系数的模都小于,1,，网络无条件稳定,（绝对稳定）,条件稳定：,在某些范围源阻抗和负载阻抗内，放大器输入输出反射系数的模小于,1,，网络条件稳定,（潜在不稳定）,匹配网络与频率有关；稳定性与频率相关；可能情况是设计的频率稳定而其他频率不稳定,无条件稳定的充分必要条件：稳定性系数,K,输入、输出稳定性圆,(,条件稳定,),|,in,|=1,或,|,out,|=1,在,Smith,圆图上的轨迹,输出稳定性圆,判别该输出稳定性区域？稳定圆不包含匹配点,|S,11,|1,时：,|,in,|1,时：,|,in,|1,，不稳定，匹配点在不稳定区,稳定圆包含匹配点,输入稳定性圆（条件稳定）,3.,最大增益放大器设计（共轭匹配）,源和负载与晶体管之间达到共轭匹配时，可实现最大增益。,1.,单向情况,3.,最大变换功率增益也称,匹配增益,4.,K,1,条件稳定 源与负载不能同时共轭匹配,2.,无条件稳定,讨论：,4.,低噪声放大器设计放大器的噪声系数圆,F,min,:,为最小噪声系数；,Y,opt,=G,opt,+B,opt,:,最佳源导纳，,R,n,:,为等效噪声电阻。通过调节,Y,s,可达到最小噪声系数,源导纳为,Y,s,=G,s,+B,s,时，其噪声系数为：,N:,噪声系数参量,对于给定的噪声系数（噪声参量,N,）。则可定义等噪声系数圆,噪声系数,F,等噪声系数圆,圆心在原点与,opt,的连线上,F,min,是个点，其坐标为,opt,半径越大，噪声越大,5.,等增益圆和固定增益的设计,(,宽带、单向化,),定义归一化增益系数,输入等增益圆,:,输出等增益圆,:,意义：使增益小于最大增益，以增进带宽、降低噪声系数,圆心位于沿 幅角的直线上,最大增益（,g,S,=1,，,g,L,=1,）半径为零，圆心变为,0dB,增益圆总是通过,Smith,圆图的中心,讨论：,根据总增益的值确定,g,S,和,g,L,，得到输入输出节的等增益圆，在等增益圆上选择,S,和,L,权衡反射系数、噪声系数和稳定性,等增益圆,合理分配输入、输出匹配网络所需要实现的增益值及噪声系数,选择靠近,Smith,圆图中心的点；（目的：达到最小失配，得到最大带宽）,等增益,+,噪声系数圆,6.,宽带晶体管放大器设计,增加带宽的常用方法：,补偿匹配网络,输入输出网络复杂,电阻性匹配网络,增益降低、噪声变大,负反馈,增益和噪声均恶化,平衡放大器,直流供电功率翻倍,分布放大器,电路庞大，增益较低,增益,输入端反射,噪声系数,基本原理：利用,90,度混合网络消除来自两个放大器的输入、输出反射信号；,7.,匹配网络,并联导纳或串联阻抗的匹配网络,/4,阻抗变换器的匹配网络,低频段,S,波段或更低,高频段,X,波段或更高,8.,偏置电路,29,作业,1,见,微波工程（第三版）作者：,D.M.Pozar,例题,11.3,，,30,作业,2,微波工程（第三版）作者：,D.M.Pozar,课后习题,11.14,，,11.15,，,三、放大器的设计流程,低噪声放大器设计的依据与步骤,依据,：,满足规定的技术指标：噪声系数、功率增益、增益平坦度、工作频带、动态范围等；,步骤,：,放大器级数,晶体管选择,电路拓朴结构,电路初步设计,CAD,软件设计,在优先满足噪声小的前提下，提高电路增益。即根据输入等增益圆、等噪声圆，选取合适的,S,，作为输入匹配电路的设计依据。,输出匹配电路设计以提高放大器增益为主。,满足稳定性条件。,