(精品)04_第3章_2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,科研楼,612,房间,电话,:83201687,E-mail:,微波电路与系统,第三章：微波集体管放大器,物理电子学院贾宝富,2,基本工具,:,Smith,圆图,处理并联、沿线导纳,变化时使用导纳圆图,处理沿线阻抗变化使,用阻抗圆图方便,Smith,圆图,终端,(,负载,),方向：视入方向,向终端,(,向负载端,),：看着负载向负载前进,向始端,(,向源载端,),：看着负载向后倒退,3,(1),匹配点,:|,|=0,z=1,SWR=1,(2),纯电抗圆、开路点、,短路点,(3),纯电阻线,(4),感性与容性半圆,(5)r=1,圆,:,通过匹配点,(6),的幅度的标注,(7),的相位的标注：周期为半波长，最大相对波长为,0.5,，相位,0,0,180,0,(8)r,值的标注：开路点为,、短路点为,0,，匹配点为,1,4,阻抗圆图导纳圆图,-,匹配点不变,r=1,圆,g=1,圆,纯电阻线纯电导线,开路点短路点,短路点开路点,电抗圆电纳圆,电阻圆电导圆,上半圆内的点表示,b0,呈容性、下半圆内的点,b0,呈感性,5,3.4,微波晶体管放大器特性,3.4.1,微波晶体管的,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,S,参数的物理意义,S,11,是输出端接匹配负载时的输入端电压反射系数；,S,22,是输入端接匹配负载时的输出端电压反射系数；,S,21,是晶体管输出端接匹配负载时的正向传输系数；,S,21,2,代表功率增益；,S,12,是晶体管输入端接匹配负载时的反向传输系数；代表晶体管内部反馈的大小。显然，,S,2l,-S,12,，有源器件的二端口网络是非互易网络。,6,7,FET,的,S,参数,有封装,无封装,封装外壳很重要：降低性能，寄生参数，散热、尺寸,8,3.4.2,微波晶体管放大器增益,输入输出端反射系数,9,由于,：,代入负载反射系数,：,解得,3.4.2,微波晶体管放大器增益（功率增益）,）,同法得,S,12,S,21,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。,讨论,当,Z,L,=Z,0,即 时，当,Zs=Zo,即 时，。如果实际晶体管的,S,12,较小，可予以忽略，即,S,12,0,时，也有 及 ，表示晶体管两个端口之间无反馈，则输出端负载对输入阻抗无影响，输入端信号源阻抗对输出阻抗也无影响，此时的晶体管叫做单向化器件。,10,转换功率增益,G,T,11,转换功率增益,G,T,12,转换功率增益,G,T,13,14,转换功率增益,转换功率增益,G,T,Transducer Gain,最大功率增益,MAG Maximum Available Gain,最大稳定功率增益,MSG Maximum Stable Gain,转换增益,定义：负载吸收的功率,P,L,与信源资用功率,P,a,之比,P,a,是指负载与信源共轭匹配时信源能给出的最大信号功率,15,1.,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.,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 -G,T,=|S,21,|,2,MAG,。,G,T,的基本概念,:,单向化转换功率增益,G,TU,另一种特殊情况是当晶体管内反馈很小时，则可忽略,S,1 2,进行单向化设计。这种非互易特性对大多数实际放大器电路是常见的。当,S,1 2,0,，单向化转换功率增益,G,TU,，为,16,资用功率增益,G,a,定义,G,a,为放大器输出端的资用功率,P,La,与信号源资用功率,P,a,之比。,17,其中：,资用功率增益,G,a,的物理意义,插入放大器后负载可能得到的最大功率是无放大器时可能得到的最大功率的多少倍。而实际上放大器在输入、输出端都并不见得是共轭匹配的。只是表示放大器功率增益的一种潜力，当确实在输入端口满足 时,，达到 。,18,S,=,in,*,实际功率增益,G,G,定义为负载,Z,L,所吸收的功率,P,L,(,即放大器在,2-2,端口对负载的输入功率,),与放大器输入功率,P,in,之比。,19,其中：,三种功率增益间的联系,20,21,由于输入口共轭匹配，即,S,=,in,*,，,G,T,只随,L,而变化，且,G,T,是,L,的二次方程，等增益即,G,T,为常数时的,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：,等 增 益 圆,22,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，,G,T,=MAG,L,out,*,时，失配，增益下降,等 增 益 圆（续）,23,3.4.3,微波放大器稳定性,前面所讲的放大器增益不一定都是可实现的，因为,S,12,意味着放大器有内反馈，可能造成放大器不稳定。这一点对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。,这可以从放大器输入端口或输出端口是否等效有负阻来进行判断。如果放大器端口存在负阻，则有可能,(,并非一定,),产生白激振荡，这意味着 或 。,设放大器输入阻抗,Z,in,=R,in,+jX,in,，则输入端反射系数的模为,24,3.4.3,微波放大器稳定性（续,1,）,可见当,R,in,0,时，。输出端口类似。此时放大器白激。,因为 和 。与源和负载匹配网络有关，因而放大器的稳定性依赖于通过匹配网络提供的 和 。因此，当采用,S,参数法来分析放大器时，就从其输入端口或输出端口反射系数的模是否大于,1,来判断放大器的稳定性。,25,3.4.3,微波放大器稳定性（续,2,）,微波管有内部反馈,S,12,是反馈，,S,12,、,S,21,有相位移,判断不稳定依据：输入或输出端是否等效有负阻,稳定性判别圆,26,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,|1,27,稳定性判别圆的建立（续）,28,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,|=1,29,稳定性判别圆,30,稳定性判别圆（续）,31,记,住,(a),(b),(e),阴影范围：不稳定区,32,多频率点稳定性判别圆,33,小结,1.,潜在不稳定原因：管内反馈,S,12,2.,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.,六种不稳定情况,(,书,p.64),，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,34,绝对稳定与潜在不稳定（条件稳定）,35,绝对稳定与潜在不稳定（条件稳定）,36,绝对稳定与潜在不稳定（条件稳定）,37,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,绝对稳定的充分必要条件,输入,输出,38,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：,39,3.,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：,40,4.,网络两端口串联或并联电抗时，总网络,K,不变,K=K,a,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,3,4,4,放大器的稳定措施,41,3.4.5,微波晶体管放大器的噪声特性,43,等效噪声电阻,45,等噪声系数圆,46,等噪声系数圆,47,等噪声系数圆,48,49,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,NF,min,值对应的是信源阻抗,Z,opt,值，要求,Y,opt,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,NF,min,处的增益用,G,a,表示,(,相关增益,),