射频电路设计理论与应用910章

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1、第9章射频放大器设计9.1放大器的特性指标射频放大器与低频电路设计方法完全不同，需要考虑一些特殊的因素。尤其是入射电压波和电流波都必须与有源器件良好匹配，以便降低电压驻波比、避免寄生振荡。增益及增益平坦度(dB)工作频率及带宽(Hz)输出功率(dBm)直流输入功率(V和A)输入、输出反射系数(VSWR)噪声系数(dB)此外还要考虑交调失真(IMD)、谐波、反馈及热效应等都会严重影响放大器的性能。9.2.1射频源9.2放大器的功率关系ZinZSVSb1a1′ΓSin′Γa2Pinc[S]PLb2a1a2b2b1′′′ΓLΓΓoutZSVSZLb1′a1

2、inΓSΓinΓSbSa1′b1′bSb21a1111b1S12a2S22S21S11b2′′a1a2′b1′ΓLΓS射频源匹配网络放大器匹配网络负载对应于b1的入射功率波：由4.82和4.83式得信号源电压：′假设两个匹配网络分别包含在信号源和负载阻抗中。(4.83)(4.82)同理，负载实际吸收的功率：在最大功率传输条件下(Zin=ZS或Γ=Γ)，定义资用功率：**Sin9.2.2转换功率增益定量描述插入在信号源和负载之间的放大器增益。GT=PAPL而放大器的实际输入功率为入射功率波与反射功率波之差，即：根据信号流图和例4.8：定义：(9.4)(

3、9.3)(9.9)单向功率增益：功率增益：忽略了放大器反馈效应的影响(S12=0)简化了放大器设计9.2.3其他功率关系在负载端口匹配条件下(Γ=Γ)，定义资用功率增益：*outL转换功率增益：9.3.1稳定性判定圆9.3稳定性判定放大器电路必须满足的首要条件之一是其在工作频段内的稳定性，这对射频电路尤其重要，因为射频电路在某些工作频率和终端条件下有产生振荡的倾向。考察电压波沿传输线传输,若Γ＞1，则反射电压的幅度变大(正反馈)并导致不稳定现象.0其中△=S11S22－S12S21放大器可由S参量和外部终端条件ΓΓ确定，由于S参量对特定频率是固定值,

4、故对稳定性有影响的参数就只有Γ和Γ.则放大器的稳定条件：SL、SLSΓ＜1LΓ＜1，outΓ=＜11－S11ΓSS22－ΓS△inΓ=＜11－S22ΓLS11－ΓL△(9.15b)(9.15c)(9.15a)令代入9.15(b)式可得放大器输出端口稳定性判定圆方程：routCoutCoutΓ=1LΓ=1in圆心坐标为：其中圆半径：代入9.15(c)式可得放大器输入端口稳定性判定圆方程：rinCinCinΓ=1SΓ=1out圆心坐标为：其中圆半径：输入稳定圆输出稳定圆routCoutCoutΓ=1LΓ=1in非稳定区稳定区routCoutCoutΓ=1

5、LΓ=1in稳定区非稳定区rinCinCinΓ=1SΓ=1out稳定区非稳定区若S22＞1则中心点是非稳定区。rinCinCinΓ=1SΓ=1out非稳定区稳定区S若S22＜1则中心点(Γ=0)必然是稳定区。若S11＞1，则Γ=0时使Γ＞1，故稳定区在公共区域。Lin若S11＜1，则Γ=0时使Γ＜1，故稳定区在绿色区域。Lin考察输入稳定性判定圆,由,若Γ=0,则Γ=S22outSoutΓ=＜11－S11ΓSS22－ΓS△考察输出稳定性判定圆,由,若Γ=0,则Γ=S11inLinΓ=＜11－S22ΓLS11－ΓL△如果稳定性判定圆的半径大于Cin或C

6、out，则必须注意正确认识稳定性判定圆。rinCinCinΓ=1SΓ=1out非稳定区稳定区S22＜1rin＜CinS22＜1rin＞CinrinCinCinΓ=1SΓ=1out稳定区非稳定区9.3.2绝对稳定rinCinCinΓ=1SΓ=1out是指在选定的工作频率和偏置条件下，放大器在整个圆内始终都处于稳定状态。S22＜1若S11＜1，Cout－rout＞1Cin－rin＞1即稳定性判定圆必须完全落在单位圆Γ=1和Γ=1之外。LS则绝对稳定条件：S因为Γ=0是稳定点也可通过在复平面上讨论Γ的特征中引出。此时要求Γ≤1的区域必须全部落在Γ=1圆内.

7、S半径：Sout其圆心坐标：绝对稳定条件：CS+rS＜1，即：S22－ΔS11+S12S21＜1－S112*由于S12S21≤S22－ΔS11+S12S21，所以S12S21＜1－S11*2同理，讨论Γ复平面上的Γ，可得到S12S21＜1－S222Lin为保险起见，通常要求Δ＜1和k＞1两个条件同时成立，以确保放大器的绝对稳定。rSCSΓ=1outΓ=1S绝对稳定条件可用稳定因子来描述：＞1相加可得:△＜1代入:△=S11S22－S12S21≤S11S22+S12S21例9.3求双极结晶体管(BFG505W)的稳定区，已知VCE=6V,IC=4mA，

8、S与f的对应关系如下：rink0.630.5420.09∠117°19.553.72∠69°2.99S127