射频与微波电路设计

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1、本文由fyuanhappy贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第六讲低噪声放大器设计1放大器是射频与微波电路中最基本的有源电路模块。常用的放大器有低噪声放大器、宽频带放大器和功率放大器。本课程只讨论低噪声放大器与功率放大器。本讲座针对低噪声放大器。放大器技术指标—放大器技术指标—噪声系数与噪声温度放大器的噪声系数NF可定义如下2Sin/NinNF=Sout/Nout式中，NF为微波部件的噪声系数；Sin，Nin分别为输入端的信号功率和噪声功率；Sout，Nout分别为输出

2、端的信号功率和噪声功率。噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。通常，噪声系数用分贝数表示，此时NF(dB)=10lg(NF)放大器技术指标—放大器技术指标—噪声系数与噪声温度3放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度Te来表达。噪声温度Te与噪声系数NF的关系是Te=T0?(NF?1)式中，T0为环境温度，通常取为293K。根据公式（6-3），可以计算出常用的噪声系数和与之对应的噪声温度，如表6-1所示。表6-1噪声系数和噪声温度关系NF(dB)NFTe(K)

3、NF(dB)NFTe(K)0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.0231.0471.0721.0961.1221.1481.1751.2021.2301.2596.82513.8120.9628.2735.7543.4151.2459.2667.4775.871.52.02.53.03.54.04.55.06.0101.4131.5851.7781.9952.2392.5122.8183.1623.98110.00120.9171.3228.1291.6362.9442.9532.8633.587

4、3.52637放大器技术指标—放大器技术指标—功率增益4微波放大器功率增益有多种定义，比如资用增益、实际增益、共扼增益、单向化增益等。对于实际的低噪音放大器，功率增益通常是指信源和负载都是50Ω标准阻抗情况下实测的增益。实际测量时，常用插入法，即用功率计先测信号源能给出的功率P1；再把放大器接到信源上，用同一功率计测放大器输出功率P2，功率增益就是P2G=P1低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹配点并非最大增益点，因此增益G要下降。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低2－4

5、dB。功率增益与噪声系数5功率增益的大小还会影响整机噪声系数，下面给出简化的多级放大器噪声系数表达式：Nf=Nf1+Nf2?1G1+Nf3?1G1G2+……其中：Nf－放大器整机噪声系数；Nf1，Nf2，Nf3－分别为第1，2，3级的噪声系数；G1，G2－分别为第1，2级功率增益。从上面的讨论可以知道，当前级增益G1和G2足够大的时候，整机的噪声系数接近第一级的噪声系数。因此多级放大器第一级噪音系数大小起决定作用。作为成品微波低噪音放大器的功率增益，一般是20－50dB范围。放大器技术指标—放大器技术指标—增益平坦度6增益

6、平坦度是指工作频带内功率增益的起伏，常用最高增益与最小增益之差，即△G(dB)表示，如下图所示。放大器技术指标—放大器技术指标—工作频带考虑到噪音系数是主要指标，但是在宽频带情况下难于获得极低噪音，所以低噪音放大器的工作频带一般不大宽，较多为20％上下。工作频带不仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围，而且还要求全频带内噪音要满足要求，并给出各频点的噪音系数。7放大器技术指标—放大器技术指标—动态范围8动态范围是指低噪音放大器输入信号允许的最小功率和最大功率的范围。动态范围的下限取决于噪声性能。当放大器的噪声系数Nf给定时

7、，输入信号功率允许最小值是：Pmin=Nf(kT0?fm)M其中：?fm－微波系统的通频带(例如中频放大器通频带)；M－微波系统允许的信号噪声比，或信号识别系数；T0－环境温度，293K。由公式可知，动态范围下限基本上取决于放大器噪声系数，但是也和整个系统的状态和要求有关。例如，电视机信号微波中继每信道频带?fm＝40MHz，信号噪音比M＝10，放大器噪声系数Nf=1.2(0.8dB)动态范围下限是Pmin=7.23×10mW=?81dB。动态范围的上限是受非线性指标限制，有时候要求更加严格些，则定义为放大器非线性特性达到

8、指定三阶交调系数时的输入功率值。9放大器技术指标—放大器技术指标—端口驻波比和反射损耗9低噪声放大器主要指标是噪声系数，所以输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的，其结果会偏离驻波比最佳的共扼匹配状态，因此驻波比不会很好。此外，由于微波场效应晶体或双极性晶体管，其增益特性大体上都是按每倍频程以6dB规律随频