《通信电路分析》PPT课件.ppt

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1、1.5 小信号微波晶体管放大器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S1FET 的的S参数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2 由于由于：代入负载反射系数代入负载反射系数：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3二、功率增益转换功率增益 GT Transducer Gain最大功率增益 MAG Maximum Available Gain最

2、大稳定功率增益 MSG Maximum Stable Gain 转换增益转换增益定义：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.19214GT 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 MAG5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

3、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：6等等 增增 益益 圆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=MAGSin*，Lout*时，失配，增益下降71.5.3 微波放大器稳定性微波管有内部反馈微波管有内部反馈 S12是反馈，是反馈，S12、S21有相位移有相位移判断不稳定依据判断不稳定依据：输入或输出端是否等效有负阻输入或输出端是否等效有负阻一、稳定性判别圆8稳定性判别圆的建立稳定性判别圆的建立输入端稳定性判别圆输入端稳定性判别圆-分式线性变换无源负载：|L|19稳定性判别圆位置稳定性判别圆位置 输入端稳定性判别圆输入端稳定性

4、判别圆 圆心位置向量圆心位置向量 判别圆的半径判别圆的半径 输出端稳定性判别圆输出端稳定性判别圆 圆心位置向量圆心位置向量 判别圆的半径判别圆的半径式中：|in|=1自学 10记住(a)(b)(e)阴影范围：不稳定区11多频率点稳定性判别圆多频率点稳定性判别圆12小结小结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13二、绝对稳定的充分必要条件二、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

5、系数 绝对稳定的充分必要条件自学pp.232514三、稳定性系数的性质三、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：153.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：164.网络两端口串联或并联电抗时，总网络 K不变K=Ka5.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

6、法171.6 放大器噪声参数放大器噪声参数1.6.1 有源网络噪声参数一般表示式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18噪声参数估算噪声参数估算 根据定义根据定义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:19求最小值：求最小值：令令 ,求得求得 算得算得 最小噪声系数最小噪声系数 最佳的信源内导纳最佳的信源内导纳 换算的非最佳源导纳时的噪声系数换算的非最佳源导纳时的噪声

7、系数 最小噪声系数最小噪声系数 等效噪声电阻等效噪声电阻 最佳的信源反射系数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.262720噪声参数噪声参数(NFmin、|opt|、opt、Rn)的测量的测量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NFmin2.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Rn4.改变频率，重复以上各步。211.6.2 等噪声系数圆和等增益圆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

8、心位置等噪声系数圆半径22MAG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)23 双向共轭匹配时，最大增益 转换增益 1.7 微波晶体管放大器微波晶体管放大器1.7.1 放大器的增益24 有潜在不稳定情况的等增益圆有潜在不稳定情况的等增益圆增益公式的几种表示式增益公式的几种表示式当时，最大功率增益MAGK=1的临界情况，得最大稳定增益：25放大

9、器的输出与输入驻波比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：26反射损耗与隔离器反射损耗与隔离器 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271.7.2 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 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 NF28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信源Rg必产生的热噪声

10、功率必产生的热噪声功率 kT0B29多级联放大器多级联放大器 噪声系数噪声系数整机噪声系数1.根据根据NF定义衰减倍数就定义衰减倍数就是噪声系数是噪声系数2.衰减器不能衰减衰减器不能衰减kT0B301.放大器前的衰减量是噪声增加量放大器前的衰减量是噪声增加量2.后级噪声影响减弱后级噪声影响减弱3.由由于于F1最最小小时时G1不不是是最最大大，最最好好找找出出F1和和G1的的最最佳佳比比例，使总的噪声系数最小。例，使总的噪声系数最小。整机噪声系数整机噪声系数31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32各级产生的噪声各级产生的噪声多级放大器噪声温度多级放大器噪声温度整机噪声温度整机噪声温度33