《射频有源电路》PPT课件

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1、第七章射频有源电路7.1射频系统中的噪声7.2检波器和混频器7.3晶体管放大器设计7.4振荡器的设计7.5PIN二极管控制电路7.6微波集成电路（MIC）迄今为止我们讨论过的器件和电路都是线性和无源的，然而任何实用的微波系统都离不开非线性有源部件，如二极管、晶体管等，用于检波、混频、放大、振荡、倍频、开关等。有源电路的设计是一个范围广而发展迅速的领域，因此这里只讲解一些基本概念和原理，以及典型电路实例，不涉及器件内部的物理过程，只侧重外特性。7.1微波系统中的噪声7.1.1动态范围和噪声源动态范围对于一个部件或系统而言，当输入电平很低时，输出取决于放大器的噪声，这个电平就叫做部件或系统的噪声

2、门限（典型值在－60dBm到－100dBm之间），随着输入的增加，输出开始饱和，我们把低于理想放大器输出功率1dB时所对应的输入功率定义为1dB压缩点。从噪声门限到1dB压缩点，就是放大器的动态范围。噪声源分类（根据运动机理不同分）由束缚电荷的热运动引起的热噪声电子管或固态元件中电荷载体的随机波动引起的散弹噪声固态元件和真空管中产生的闪烁噪声，随频率变化很大，又叫做1/f噪声电荷在电离气体(如等离子体，电离层或火花放电)中的随机运动引起的等离子噪声量化噪声，由电荷载体和光子的量化特性引起，与其他噪声源密切相关标准噪声源可分为无源标准噪声源，由某一固定温度下的电阻构成，将它放在恒温槽内有源标准

3、噪声源，要用到气体放电管或雪崩二极管，它产生的噪声功率比无源噪声源高得多7.1.2噪声功率和等效噪声温度在一个温度为T的电阻中，电子做随机运动，其动能正比于温度T，这种运动在电阻终端产生小的随机电压起伏，如图7.2所示。该电压均值为零，由普朗克黑体辐射定律得出其均方根值为:（7.1）在微波频段，由于hf«kT，以上结果可以简化为此公式广泛用于微波领域，然而在很高的频率或很低的温度下并不适用，这时应该用（7.1）式。（7.2）白噪声：功率频谱密度对频率而言为一常量的噪声。图7.2噪声电阻产生的随机电压图7.2中的噪声电阻可用一个无噪声电阻和噪声发生器代替，令其产生相同的噪声电压，如图7.3所示

4、。终端接电阻R，产生最大的功率转移，结果在带宽为B时送到负载R上的功率为：图7.3通过理想带通滤波器使负载电阻得到最大功率的噪声电阻的等效电路（7.3）等效噪声温度：对于任一白噪声源，如果噪声功率与频率关系不大，就可用一个等效热噪声源来代替，它的重要参量就是等效噪声温度。图7.4所示的任意白噪声源，输出端口的阻抗为R，负载R上得到的噪声功率为PS，在保证PS不变的条件下，该噪声源可用一个温度为Te，阻值为R的噪声电阻代替，Te就是等效噪声温度。（7.4）图7.4一个任意白噪声源的等效噪声温度超噪比（excessnoiseratio）其中，PN和TN分别是发生器的噪声功率和等效噪声温度，Po和

5、To分别是与室温下无源噪声源（匹配负载）相关的噪声功率和温度。固态噪声发生器的ENR典型值在20~40dB之间。（7.6）7.1.3用Y因子法测噪声温度图7.6用Y因子法测量放大器的等效噪声温度如图7.6，待测放大器或其他元件分别与两个不同温度下的匹配电阻相连，测出两种情况下的输出功率。设T1为热电阻温度，T2为冷电阻温度（T1>T2），P1，P2为相应的输出功率。输出功率由放大器本身产生的噪声功率和来自源电阻的噪声功率组成，即P1=GkT1B+GkTeBP2=GkT2B+GkTeB（7.7a,b）Y因子定义为通过测量输出功率可以得到Y，然后利用负载温度和Y因子，可以得到等效噪声温度为（7.

6、8）（7.9）7.1.4噪声系数噪声系数F是元件的另一个特性参数，表示输入信噪比与输出信噪比的比值（7.10）7.1.5级联系统的噪声系数考虑两个元件的级联。它们分别具有增益G1，G2，噪声系数F1，F2，和噪声温度Te1，Te2，如图所示图7.9级联系统的噪声系数和噪声温度级联系统的噪声温度为级联系统的噪声系数为推广到任意级数，级联系统的噪声温度和噪声系数分别为：（7.23）（7.20）（7.21）（7.22）7.2检波器和混频器检波器和混频器是利用微波二极管或晶体管等非线性器件完成频率转换功能的。图7.10所示出它们的三种基本功能—整流、检波和混频。图7.10整流、检波和混拼基本工作原理

7、7.2.1单端混频器图7.12单端混频器典型电路（7.31）混频器最重要的参数是变频损耗，定义为7.2.2平衡混频器平衡混频器具有较好的输入驻波比（SWR）或RF/LO隔离度，由两个或多个单端混频器通过3dB混合接头组成，如图7.14所示（略去匹配和直流偏置电路）。图7.14平衡混频器电路7.2.3其他类型混频器有时为了增强或减弱各种调制产物和谐波的影响，需要用到另外几种混频器，如：反向平行二极管混频器双平衡