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时间:2018-07-18
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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,N
2、out分别为输出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
3、度关系NF(dB)NFTe(K)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
4、.6362.9442.9532.8633.5873.52637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
5、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2-4dB。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
6、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
7、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,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.
8、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
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