第三章講義130516

1、電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 第三章 微波混合集成電路 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 目錄 3.1 3.1 概述概述 3.2 3.2 微帶集成電路中的不連續(xù)性微帶集成電路中的不連續(xù)性 3.33.3耦合微帶線定向耦合器耦合微帶線定向耦合器 3.43.4微帶線三端口功率分配器微帶線三端口功率分配器 3.53.5微帶線混合集成晶體管放大器微帶線混合集成晶體管放大器 3.63.6微帶集成電路結(jié)構(gòu)相關(guān)問題微帶集成電路結(jié)構(gòu)相關(guān)問題 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.1概述 體積大、笨重，無法滿足機體積大、笨重，無法滿足機 載、星載等要求載、星載等要求 平面集成平面集成

2、電路電路 有源和有源和 無源器無源器 件件 AWS-1 was Decca Radars first S-band(2.7 to 3.1 GHz) sea- going radar. 信號源采用磁信號源采用磁 控管，傳輸線控管，傳輸線 采用波導(dǎo)立體采用波導(dǎo)立體 電路電路. . 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.1概述 有源器件方面：有源器件方面： 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.1概述 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.1概述 1950s,1950s,平面?zhèn)鬏斁€概念平面?zhèn)鬏斁€概念被提出；被提出； 1960s, 1960s, 帶狀線、微帶線問題解決，帶狀線、

3、微帶線問題解決，微波微波 集成電路（集成電路（MICMIC）開始發(fā)展）開始發(fā)展; ; 1970s,1970s,氧化鋁基片和薄膜工藝發(fā)展，使氧化鋁基片和薄膜工藝發(fā)展，使 得得MICMIC進入高速發(fā)展期進入高速發(fā)展期； 1980s, 1980s, MICMIC基本成熟基本成熟。 集成電路技術(shù)方面：集成電路技術(shù)方面： 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 微波電路元件微波電路元件 集中參數(shù)元件集中參數(shù)元件 與頻率無關(guān)的參數(shù)，例：與頻率無關(guān)的參數(shù)，例： L L、C C、R R。由于元件尺。由于元件尺 寸遠小于工作波長，可近似認為傳播過程中不存寸遠小于工作波長，可近似認為傳播過程中不存 在相位變化。

4、在相位變化。 分布參數(shù)元件分布參數(shù)元件 元件尺寸與工作波長可比擬（元件尺寸與工作波長可比擬（/10/10）時，采用）時，采用 分布參數(shù)傳輸線，如同軸線、微帶線等。分布參數(shù)傳輸線，如同軸線、微帶線等。 3.1概述 1 inch=25.4mm的導(dǎo)線可以產(chǎn)生的電感為的導(dǎo)線可以產(chǎn)生的電感為10nH，在，在1GHz時的阻時的阻 抗為抗為63歐姆。歐姆。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.1概述 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 混合集成電路應(yīng)用混合集成電路應(yīng)用: : 3.1概述 毫米波毫米波T/RT/R組件組件 低噪放低噪放 混混頻頻器器 倍倍頻頻器器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集

5、成電路講義 本章將從工程設(shè)計角度出發(fā)，主要介紹本章將從工程設(shè)計角度出發(fā)，主要介紹 如下內(nèi)容：如下內(nèi)容： 1 1微帶電路設(shè)計的相關(guān)問題。微帶電路設(shè)計的相關(guān)問題。 2 2基本微帶元件。基本微帶元件。 3 3部分重要的固態(tài)電路。部分重要的固態(tài)電路。 3.1概述 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2微帶帶集成電電路中的不連續(xù)連續(xù)性 3.2.1 3.2.1 概述概述 當(dāng)微帶電路產(chǎn)生不連續(xù)性時，將帶來如下影響：當(dāng)微帶電路產(chǎn)生不連續(xù)性時，將帶來如下影響： 第一，第一，不連續(xù)性區(qū)域?qū)l(fā)生能量的存儲不連續(xù)性區(qū)域?qū)l(fā)生能量的存儲； 第二，第二，產(chǎn)生反射波產(chǎn)生反射波； 第三，場通過連續(xù)性區(qū)域后重新沿均勻

6、線傳輸?shù)谌?，場通過連續(xù)性區(qū)域后重新沿均勻線傳輸 時，與進入不連續(xù)性區(qū)域之前有所不同，時，與進入不連續(xù)性區(qū)域之前有所不同，時延時延 效應(yīng)將產(chǎn)生相位上的變化效應(yīng)將產(chǎn)生相位上的變化，而不連續(xù)處存在的，而不連續(xù)處存在的 損耗將產(chǎn)生信號幅度上的變化損耗將產(chǎn)生信號幅度上的變化。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2微帶帶集成電電路中的不連續(xù)連續(xù)性 微帶線不連續(xù)性等效電路分析方法：微帶線不連續(xù)性等效電路分析方法： 假設(shè)微帶線上傳輸?shù)募僭O(shè)微帶線上傳輸?shù)腡EMTEM模，且不連續(xù)區(qū)域遠小模，且不連續(xù)區(qū)域遠小 于工作波長，分析方法可以分為三個步驟：于工作波長，分析方法可以分為三個步驟： 場結(jié)構(gòu)分析，場結(jié)

7、構(gòu)分析， 確定是容性還確定是容性還 是感性是感性 確定合適的確定合適的 電路模型電路模型 用數(shù)學(xué)或?qū)嶒炗脭?shù)學(xué)或?qū)嶒?方法確定元件方法確定元件 值值 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2微帶帶集成電電路中的不連續(xù)連續(xù)性 下變頻器下變頻器 LNA LNA 衰 減 器 Amp 數(shù) 字 衰 減 器 10MHz 外 參 考 源 AMP HMC-ALH364 G ： 21dB OIP3: 17dBm NF: 1.9dB HMC329 L： 9.5dB IIP3: 19dBm LO-IF: 35dB 低 通 濾 波 器 L=1.5dB 微 帶 帶 通 濾 波 器 L=2.5dB 電 阻 型 衰

8、減 器 AMP HMC463 G ： 14dB P1: 19dBm HMC659 G ： 19dB OP1: 26dBm HMC425 L： 3dB TTL控 制 HMC397 G ： 15dB P1: 15dBm 微帶集成電路中不連續(xù)性微帶集成電路中不連續(xù)性 類型：類型： 微帶開路端微帶開路端/ /端節(jié)線；端節(jié)線； 微帶線的階梯跳變；微帶線的階梯跳變； 微帶間隙；微帶間隙； 微帶線的拐角；微帶線的拐角； 微帶線微帶線T T接頭；接頭； 微帶線十字接頭微帶線十字接頭; ; 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.2微帶線帶線的開開路端/截斷斷端 /4/4開路線開路線; ; 微帶到波導(dǎo)

9、探針微帶到波導(dǎo)探針過渡過渡; ; 微帶線微帶線匹配枝節(jié)匹配枝節(jié); ; 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.2微帶線帶線的開開路端/截斷斷端 開路線縮開路線縮 短短效應(yīng)，效應(yīng)， 長度為長度為 l; l; 邊緣電荷積聚（邊緣電荷積聚（C C）；）； 過剩電荷相關(guān)的電流流動（過剩電荷相關(guān)的電流流動（L L）；）； 能量輻射（能量輻射（R R）；）； 介質(zhì)板內(nèi)外的表面波（厚基板）。介質(zhì)板內(nèi)外的表面波（厚基板）。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.2微帶線帶線的開開路端/截斷斷端 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.3微帶線帶線的階階梯跳變變 兩條不同特性阻抗

10、微帶線的連接點，低特性阻兩條不同特性阻抗微帶線的連接點，低特性阻 抗線的電流密度變小，導(dǎo)致面電荷密度也較少?？咕€的電流密度變小，導(dǎo)致面電荷密度也較少。 微帶寬度跳變區(qū)域電流示意圖和等效電路微帶寬度跳變區(qū)域電流示意圖和等效電路 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.3微帶線帶線的階階梯跳變變 E E面面: :與電場矢量平行的平面與電場矢量平行的平面H H面面: :與磁場矢量平行的平面與磁場矢量平行的平面 對偶波導(dǎo)模擬法對偶波導(dǎo)模擬法 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.3微帶線帶線的階階梯跳變變 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.4微帶間帶間隙 微帶間隙

11、及其等效電路微帶間隙及其等效電路 兩條微帶通過一個串聯(lián)電容；兩條微帶通過一個串聯(lián)電容； 兩條微帶的截斷端與導(dǎo)體襯底之間等效于各并聯(lián)一個電容兩條微帶的截斷端與導(dǎo)體襯底之間等效于各并聯(lián)一個電容 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 由于這個由于這個 型網(wǎng)絡(luò)是對稱的，所以可以采用下列兩個型網(wǎng)絡(luò)是對稱的，所以可以采用下列兩個 條件進行求解：條件進行求解： 一、兩條微帶線對稱饋電，使兩個截斷端之間沒有電一、兩條微帶線對稱饋電，使兩個截斷端之間沒有電 壓，即壓，即C2C2等于短路等于短路 3.2.4微帶間帶間隙 e C 求偶模電容求偶模電容CeCe 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 二、兩條微

12、帶反對稱饋電，這時候，二、兩條微帶反對稱饋電，這時候，C12C12等于兩等于兩 個串聯(lián)，中心點等效為接地。個串聯(lián)，中心點等效為接地。 3.2.4微帶間帶間隙 求奇模電容求奇模電容CoCo 1 1 2 e CC 12 11 24 oe CCC 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.5微帶線帶線拐角 在拐角地區(qū)如同有一個在拐角地區(qū)如同有一個并聯(lián)電容并聯(lián)電容，路徑的加長，路徑的加長 如同是兩段短傳輸線或是如同是兩段短傳輸線或是兩個電感兩個電感。 直角拐角電流示意圖和等效電路 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 微帶匹配拐角（微帶匹配拐角（a a）5050歐姆；（歐姆；（b b）任意

13、寬度）任意寬度 3.2.5微帶線帶線拐角 直接的直角拐角會產(chǎn)生較大反射。為了減小反射，直接的直角拐角會產(chǎn)生較大反射。為了減小反射， 把拐角的外部切成把拐角的外部切成 斜角，斜角，利用兩次反射的相互抵銷利用兩次反射的相互抵銷 達到匹配達到匹配。斜角邊長是使兩次反射抵消的關(guān)鍵。斜角邊長是使兩次反射抵消的關(guān)鍵。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.6微帶線帶線T接頭頭 微帶微帶T T 型接頭在微帶電路中應(yīng)用廣泛，如分支型接頭在微帶電路中應(yīng)用廣泛，如分支 線電橋等。線電橋等。 微帶微帶T T接頭等效電路接頭等效電路 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.7微帶線帶線十字接頭頭

14、 微帶線十字接頭的設(shè)計資料不多，主要是實驗微帶線十字接頭的設(shè)計資料不多，主要是實驗 的方法來確定其性能。的方法來確定其性能。 微帶線十字接頭及其等效電路微帶線十字接頭及其等效電路 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.2.8微帶線實現(xiàn)帶線實現(xiàn)集總總元件 1.串聯(lián)電聯(lián)電感和并聯(lián)電并聯(lián)電容 l 一段無耗一段無耗短短傳輸線傳輸線 c Z 若若Zc大，則大，則L大，大， C小可忽略小可忽略,等效為等效為串聯(lián)電感串聯(lián)電感； 若若Zc小，則小，則C大，大， L小可忽略小可忽略,可等效為可等效為并聯(lián)電容并聯(lián)電容. 當(dāng)介質(zhì)基片厚度一定時，微帶寬度當(dāng)介質(zhì)基片厚度一定時，微帶寬度W ，則則Zc ； C p

15、 c v lZL 22 p c v lY C L / 2 等效等效 L / 2 一段一段窄窄的短微帶線可等效為的短微帶線可等效為串聯(lián)電感串聯(lián)電感； 一段一段寬寬的短微帶線可等效為的短微帶線可等效為并聯(lián)電容并聯(lián)電容。 T T型集總元件電路型集總元件電路 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 （a a）間隙電容）間隙電容 （b b）交指電容（）交指電容（c c）中心導(dǎo)體上的迭層電容）中心導(dǎo)體上的迭層電容 2. 2. 微帶電容元件微帶電容元件 3.2.8微帶線實現(xiàn)帶線實現(xiàn)集總總元件 電容值較小電容值較小電容值較大電容值較大電容值最大電容值最大 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3. LC

16、3. LC串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路 3.2.8微帶線實現(xiàn)帶線實現(xiàn)集總總元件 在傳輸線上并聯(lián)一個或多個支節(jié)，這些支節(jié)等效于串聯(lián)在傳輸線上并聯(lián)一個或多個支節(jié)，這些支節(jié)等效于串聯(lián) 或并聯(lián)諧振回路?；虿⒙?lián)諧振回路。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 L C C L 3.2.8微帶線實現(xiàn)帶線實現(xiàn)集總總元件 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 如果是一個串聯(lián)諧振和一個接地的并聯(lián) 諧振相互級聯(lián)，其響應(yīng)又如何？ 3.2.8微帶線實現(xiàn)帶線實現(xiàn)集總總元件 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3 耦合微帶線帶線定向耦合器 3.3 .1 3.3 .1 耦合微帶線耦合微帶線 距離較近的微帶線之間

17、都有能量耦合距離較近的微帶線之間都有能量耦合。 耦合微帶線的結(jié)構(gòu)耦合微帶線的結(jié)構(gòu) 微帶線之間的電耦合和磁耦合微帶線之間的電耦合和磁耦合 當(dāng)對任意一個口加以激勵時，通過長度為當(dāng)對任意一個口加以激勵時，通過長度為l的線間耦合，的線間耦合， 如何求得主線和輔線（不加信號源的線）的各個引出口的響應(yīng)如何求得主線和輔線（不加信號源的線）的各個引出口的響應(yīng)？ 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3 .1 耦合微帶線帶線 耦合微帶線的分析方法耦合微帶線的分析方法 耦合微帶線中奇、偶模的場結(jié)構(gòu)耦合微帶線中奇、偶模的場結(jié)構(gòu) 1 1、2 2兩口輸入一對相互對稱的兩口輸入一對相互對稱的 信號，如兩個相同的電

18、壓信號，如兩個相同的電壓U U 1 1、2 2兩口輸入一對相互反對稱兩口輸入一對相互反對稱 的信號，如兩個幅度相等、的信號，如兩個幅度相等、 相位相反的電壓相位相反的電壓U U與與-U-U 四口網(wǎng)絡(luò)的問題就四口網(wǎng)絡(luò)的問題就 可以作二口網(wǎng)絡(luò)來可以作二口網(wǎng)絡(luò)來 分析分析 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3 .1 耦合微帶線帶線 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 當(dāng)然，奇偶模激勵只是一種特殊情況，在一般情況當(dāng)然，奇偶模激勵只是一種特殊情況，在一般情況 下并不是奇偶模激勵。但是在口下并不是奇偶模激勵。但是在口1 1、2 2上，任意一對上，任意一對 輸入電輸入電U U1 1，U U

19、2 2，總可以分解成一對奇偶模分量，并，總可以分解成一對奇偶模分量，并 使使U U1 1等于兩分量之和，等于兩分量之和， U2 U2等于兩分量之差。等于兩分量之差。 3.3 .1 耦合微帶線帶線 1eo UUU 2eo UUU 故而得到：故而得到： 12 1 2 e UUU 12 1 2 o UUU 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 必須注意的是：必須注意的是： （1 1）奇偶模激勵時，由于邊界不同，場結(jié)構(gòu)不同，）奇偶模激勵時，由于邊界不同，場結(jié)構(gòu)不同， 耦合線上的狀況及其參量是不相同的，必須先分解耦合線上的狀況及其參量是不相同的，必須先分解 成奇偶模各自求解，最后將結(jié)果進行疊加后才是

20、耦成奇偶模各自求解，最后將結(jié)果進行疊加后才是耦 合線的解。合線的解。 （2 2）對解對稱四口網(wǎng)絡(luò)的問題，利用線性網(wǎng)絡(luò)疊加）對解對稱四口網(wǎng)絡(luò)的問題，利用線性網(wǎng)絡(luò)疊加 原理，都可以采用奇偶模分析法加以簡化分析。原理，都可以采用奇偶模分析法加以簡化分析。 3.3 .1 耦合微帶線帶線 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 1. 1. 平行耦合微帶線定向耦合器平行耦合微帶線定向耦合器 主線主線 副線副線 鋸齒形定向耦合器提高定向性鋸齒形定向耦合器提高定向性 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 鋸齒形定向耦合器實例鋸齒形定向耦合器實例 3.3.2 耦合微帶

21、線帶線定向耦合器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 均勻介質(zhì)填充的耦合微帶線定向耦合器分析均勻介質(zhì)填充的耦合微帶線定向耦合器分析 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 微帶平行耦合線定向耦合器微帶平行耦合線定向耦合器 微帶平行耦合線定向耦合微帶平行耦合線定向耦合 器等效電路器等效電路 由端口由端口輸入的信號一部分傳至端口輸入的信號一部分傳至端口，一部分耦合至副，一部分耦合至副 線由端口線由端口輸出，端口輸出，端口無輸出。無輸出。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 設(shè)設(shè)口接電壓源口接電壓源1V1V，口均接口均接匹配負載匹配負載Z Z0 0，于，于 是，除是，除口外，其余三口僅存在

22、出射波口外，其余三口僅存在出射波b2,b3,b4, 1b2,b3,b4, 1口口 的反射波為的反射波為b1,b1,于是各端口電壓于是各端口電壓: : 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 由于耦合微帶線在由于耦合微帶線在結(jié)構(gòu)上具有對稱性結(jié)構(gòu)上具有對稱性，因而可采用，因而可采用奇奇 、偶模概念和疊加原理、偶模概念和疊加原理，把定向耦合器分解為二個四端，把定向耦合器分解為二個四端 網(wǎng)絡(luò)來分析。網(wǎng)絡(luò)來分析。把偶模和奇模工作狀態(tài)的電壓、電流疊加把偶模和奇模工作狀態(tài)的電壓、電流疊加 起來，即得各路總電壓和總電流起來，即得各路總電壓和總電流。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶

23、線帶線定向耦合器 奇偶模激勵電壓為：奇偶模激勵電壓為： 11 10 22 e U 11 1 0 22 o U 偶模激勵時：偶模激勵時： 12 1 2 aa 102 403 11 22 1 2 eee eee VV VV 其中，其中， oe oe和 和T Toe oe為偶模激勵時的電壓反射系數(shù)和傳輸系數(shù) 為偶模激勵時的電壓反射系數(shù)和傳輸系數(shù) 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 奇模激勵時奇模激勵時： 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 12 1 2 aa 102 403 11 22 1 2 ooo ooo VV VV 其中，其中， oo oo和 和T Too oo為偶模激勵時的電壓反射系

24、數(shù)和傳輸系數(shù) 為偶模激勵時的電壓反射系數(shù)和傳輸系數(shù) 利用線性疊加原理，各端口的電壓為：利用線性疊加原理，各端口的電壓為： 111001 222002 333003 444004 1 11 2 1 2 1 2 1 2 eoeo eoeo eoeo eoeo VVVb VVVb VVVb VVVb 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 00 00 11100 00 00 0 0 21200 0 0 sinsin 11 22 2cossin2cossin sin 11 22 2coss CeCo CeCo eo CeCo CeCo Ce Ce eo Ce Ce ZZZZ jj ZZZZ sb Z

25、ZZZ jj ZZZZ ZZ j ZZ sb ZZ j ZZ 0 0 0 0 31300 00 00 41400 0 0 sin in2cossin 111 2 2cossin2cossin 11 2 2cos Co Co Co Co eo CeCo CeCo eo Ce Ce ZZ j ZZ ZZ j ZZ sb ZZZZ jj ZZZZ sb ZZ j ZZ 0 0 1 sin2cossin Co Co ZZ j ZZ 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 為使平行耦合線構(gòu)成完全匹配的反向定向耦合器，為使平行耦合線構(gòu)成完全匹配的反向定向耦合器， 必

26、須有必須有 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 1131 0ss 0000 0000 eo eo ZZZZ ZZZZ 11 1Va 00 22 2 000 sinsin 2cossin 1cossin eo eo j ZZjk Vb Zj ZZ kj 33 0Vb 2 0 44 2 000 21 2cossin 1cossineo Zk Vb Zj ZZ kj 耦合微帶線定向耦耦合微帶線定向耦 合器完全匹配和完合器完全匹配和完 全隔離條件全隔離條件 00 00 eo eo ZZ k ZZ 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 任意頻率上的耦合系數(shù)為任意頻率上的耦合系數(shù)為 3.3.2 耦合

27、微帶線帶線定向耦合器 2 21 2 1 sin 1cossin Vjk s V kj 傳輸系數(shù)傳輸系數(shù) 2 4 41 2 1 1 1cossin Vk s V kj 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 定向耦合器的技術(shù)指標定向耦合器的技術(shù)指標 （1 1）耦合度：）耦合度： 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 2 1 22121 11 ()10lg10lg20lg P C dB Pss （2 2）定向性：）定向性： 2 22121 33131 ()10lg10lg20lg Pss D dB Pss （3 3）

28、隔離度：）隔離度： 2 1 33131 11 ()10lg10lg20lg P I dB Pss ICD 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 例：設(shè)計一個耦合微帶線定向耦合器，其中心頻率例：設(shè)計一個耦合微帶線定向耦合器，其中心頻率 為為750MHz750MHz，耦合為，耦合為10dB10dB。 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 計算得計算得W=2.38mm,S=0.31mm, P=57.16mm,W=2.38mm,S=0.31mm, P=57.16mm,且且5050微帶線寬度微帶線寬度 WW5050=2.

29、92mm=2.92mm 0. 60. 70. 80. 90. 51. 0 -30 -20 -10 -40 0 f req, G H z dB(S(1, 1) R eadout m 4 dB(S(2, 1) R eadout m 1 dB(S(3, 1) R eadout m 3 dB(S(4, 1) R eadout m 2 m 1 f req= dB(S(2, 1)=-0. 629 750. 0M H z m 2 f req= dB(S(4, 1)=-10. 147 750. 0M H z m 3 f req= dB(S(3, 1)=-24. 785 750. 0M H z m 4 f re

30、q= dB(S(1, 1)=-34. 557 750. 0M H z 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 實際耦合微帶線耦合器需考慮的問題：實際耦合微帶線耦合器需考慮的問題： 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 （2 2）制造公差的影響）制造公差的影響 （1 1）非均勻填充介質(zhì)導(dǎo)致的奇偶模相速不等對定向性的影響）非均勻填充介質(zhì)導(dǎo)致的奇偶模相速不等對定向性的影響. . 2 2 2 22 41 3141 1 11 ()10lg10lg10lg10lg10lgI dBs ss CCeCo Zq ZZ 2 2 21 3141 41 221 ()10lg10lg20lg20lg 1 1 s D

31、dB ss q qs q q 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 改善耦合微帶線定向耦合器方向性的方法改善耦合微帶線定向耦合器方向性的方法 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 曲折線定向耦合器曲折線定向耦合器 介質(zhì)加載定向耦合器介質(zhì)加載定向耦合器 由于把耦合區(qū)的直線邊界改變成由于把耦合區(qū)的直線邊界改變成 折線邊界，使耦合區(qū)加長，兩根折線邊界，使耦合區(qū)加長，兩根 線的分布電容加大，從而使奇模線的分布電容加大，從而使奇模 電容加大。電容加大。 在耦合微帶線的金屬圖案上，在耦合微帶線的金屬圖案上， 再加一塊介質(zhì)，它使兩根微再加一塊介質(zhì)，它使兩根微 帶線的分布電容加大，從而帶線的分布電容加大，

32、從而 使奇模電容加大。使奇模電容加大。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 一般來講，考慮加工精度的影響，單個定向耦合器一般來講，考慮加工精度的影響，單個定向耦合器 的耦合度較弱，的耦合度較弱，C C一般大于一般大于8dB8dB，低于，低于8dB8dB則由于耦則由于耦 合間隙太小，工藝上難以實現(xiàn)。合間隙太小，工藝上難以實現(xiàn)。 方向性較差，一般隔離度不超過方向性較差，一般隔離度不超過30dB30dB，很多時候，很多時候， 由由 可知，對于弱耦合的場合，方向性一般較差（幾可知，對于弱耦合的場合，方向性一般較差（幾 個個dBdB）。）。 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 如何實現(xiàn)高隔離度、

33、強耦合 定向耦合器？ 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 LangeLange耦合器耦合器 當(dāng)要求緊耦合（耦合度小于當(dāng)要求緊耦合（耦合度小于6dB6dB）時，可采用交指結(jié)構(gòu)）時，可采用交指結(jié)構(gòu) （交指數(shù)通常取（交指數(shù)通常取4 4） 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 電子

34、科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器 作業(yè)：用奇偶模分析法分析微帶分支電橋作業(yè)：用奇偶模分析法分析微帶分支電橋 3 3 2 21 1 4 4 4 g 4 g AB CD 1輸入，輸入，2、3輸出，相位差輸出，相位差90度；度； 4為隔離端口，無為隔離端口，無 輸出；輸出； 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 無耗無耗T T形結(jié)功分器形結(jié)功分器 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 無耗三端口網(wǎng)絡(luò)的三個端口無法實現(xiàn)同時匹配！無耗三端口網(wǎng)絡(luò)的三個端口無法實現(xiàn)同時匹配！ 匹配匹配 條件條件 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功

35、率分配器 有耗有耗T T形結(jié)功分器形結(jié)功分器 匹配匹配 條件條件 可實現(xiàn)三個端口的完全匹配！可實現(xiàn)三個端口的完全匹配！ 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 有耗有耗T T形結(jié)功分器形結(jié)功分器 損耗了一損耗了一 半功率半功率 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 Wilkinson（威爾金森）功分器 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 三端口功分網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)輸出隔離和三個端口匹三端口功分網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)輸出隔離和三個端口匹 配配 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 采用奇偶模分析采用奇偶模分析 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工

36、程學(xué)院微波集成電路講義 偶模激勵偶模激勵 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 2 2、3 3端端 口匹配口匹配 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 奇模激勵奇模激勵 2 2、3 3端端 口匹配口匹配 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 3dB3dB功率分配器具有：功率分配器具有： （1 1）等幅同相輸出；）等幅同相輸出； （2 2）輸出端口具有非常好的隔離度）輸出端口具有非常好的隔離度。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3d

37、B Wilkinson3dB Wilkinson功率合成器功率合成器 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 /4 100 70.7 50 matching networks /4 10050 70.7 70.7 70.7 Splitter combiner 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 3dB Wilkinson3dB Wilkinson功率合成功率合成/ /分配器應(yīng)用分配器應(yīng)用 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 WilkinsonWilkinson不等分不等分功分器功分器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集

38、成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 隔離電阻隔離電阻R R計算計算 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 隔隔 離離 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 WilkinsonWilkinson不等分不等分功分器設(shè)計公式功分器設(shè)計公式 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 例例1 1：設(shè)計一個二等分功分器設(shè)計一個二等分功分器，f=3GHz ，輸入輸出阻抗，輸入輸出阻抗50，畫出結(jié)構(gòu)示意圖，畫出結(jié)構(gòu)示意圖， 并簡要考慮對不連續(xù)

39、性的修正。（選取并簡要考慮對不連續(xù)性的修正。（選取 介質(zhì)基片介電常數(shù)介質(zhì)基片介電常數(shù)r=9.6，基片厚度，基片厚度h=0. 5mm，金屬圖案層厚度，金屬圖案層厚度t=0.005mm）。）。 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 對于端口對于端口1 1來說，實際上相當(dāng)于一個來說，實際上相當(dāng)于一個1/41/4波長阻波長阻 抗變換器，其相對帶寬較窄?？棺儞Q器，其相對帶寬較窄。 寬帶寬帶 設(shè)計設(shè)計 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 例例2：設(shè)計一設(shè)計一X波段功率分配合成網(wǎng)絡(luò)：波段功率分配合成網(wǎng)絡(luò)： 工作頻率：工作頻率：

40、8-12GHz 駐波比：駐波比：1.5（ 14dB） 差損：差損：1dB 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 （1）選擇基片材料）選擇基片材料 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 (2)(2)方案選擇方案選擇 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 (3)ADS(3)ADS原理圖仿真和優(yōu)化原理圖仿真和優(yōu)化 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 (4)(4)三維場仿真三維場仿真 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 仿真和優(yōu)化仿真和優(yōu)化 3.4 微帶線帶線三端口功率分配器

41、在8-12GHz內(nèi)內(nèi)的駐駐波比 VSWR1.4，插插入損損耗 0.68dB，符合指標標的要求。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.5 微帶線帶線混合集成晶體管放大器 概念 + + + + - uo + u + - i 放大電路 u - R + S S RL 信號源負載 i iio 放大放大把微弱的電信號的幅度放大。把微弱的電信號的幅度放大。 一個微弱的電信號通過放大器后，輸出電壓幅度或一個微弱的電信號通過放大器后，輸出電壓幅度或 功率得到了放大，但它隨時間變化的規(guī)律不能變，功率得到了放大，但它隨時間變化的規(guī)律不能變， 即即不失真不失真。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3

42、.5.1 微波晶體管放大器 常用的微波放大器常用的微波放大器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 放大器技術(shù)指標： 1. 1. 反射系數(shù)；反射系數(shù)； 2. 2. 功率增益；功率增益； 3. 3. 噪聲系數(shù)；噪聲系數(shù)； 4. 4. 增益平坦度；增益平坦度； 5. 5. 動態(tài)范圍；動態(tài)范圍； 3.5.1 微波晶體管放大器 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 反射系數(shù)表征的是某一個參考面的信號傳輸與反射反射系數(shù)表征的是某一個參考面的信號傳輸與反射 特性。特性。 1. 1.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標反射系數(shù)反射系數(shù) sc s sc ZZ ZZ Lc L Lc ZZ ZZ inc in i

43、nc ZZ ZZ outc out outc ZZ ZZ 2 2 L a b 11221 111 122 1 L L bS S S aS s a端口端口1 1加激勵信號源加激勵信號源 , , 端口端口2 2不加激勵：不加激勵： 輸入 匹配 電路 輸出 匹配 電路 微波 器件 S P3P1P2P4 a1a2 b1 b2 Z0 Z0 1 2 s L ZinZoutZsZL 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 傳送到晶體管輸入端的信號功率傳送到晶體管輸入端的信號功率 P P1 1 ; ; 信號源資用功率信號源資用功率P P1a 1a ; ; 放大器輸出端口傳送給負載的功率放大器輸出端口傳送給負

44、載的功率P P2 2 ; ; 放大器輸出口的資用功率放大器輸出口的資用功率P P2a 2a ; ; 2. 2.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標功率增益功率增益 輸入 匹配 電路 輸出 匹配 電路 微波 器件 S P3P1P2P4 a1a2 b1 b2 Z0 Z0 1 2 s L ZinZoutZsZL 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 常用的微波放大器功率增益定義有實際增益、資用常用的微波放大器功率增益定義有實際增益、資用 增益和轉(zhuǎn)換增益。增益和轉(zhuǎn)換增益。 2. 2.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標功率增益功率增益 22 21 2 22 1 221 1 11 L p L S P G P S 2

45、22 212 2 2 2 1 2221 11 11 s a a a s S P G P S 222 21 2 22 1 221 11 11 sL t a Ls S P G P S pt GG at GG ， 只有當(dāng)放大器的輸只有當(dāng)放大器的輸 入端口和輸出端口入端口和輸出端口 都同時實現(xiàn)共軛匹都同時實現(xiàn)共軛匹 配時，這三個功率配時，這三個功率 增益才相等。增益才相等。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 2. 2.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標功率增益功率增益 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 接收機系統(tǒng)猶如人的耳朵，噪聲大接收機系統(tǒng)猶如人的耳朵，噪聲大 了，耳朵就不靈了！了，耳朵就

46、不靈了！ 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 放大器的噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)NFNF可定義如下可定義如下 outout inin NS NS NF / / 式中，式中，NFNF為微波部件的噪聲系數(shù)；為微波部件的噪聲系數(shù)；S Sin in，NiNin n分別為輸入分別為輸入 端的信號功率和噪聲功率；端的信號功率和噪聲功率； S Sout out， ，N Nout out分別為輸出端的信 分別為輸出端的信 號功率和噪聲功率。號功率和噪聲功率。 )lg(10)(NFdBNF 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲

47、系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 噪聲系數(shù)的物理含義噪聲系數(shù)的物理含義是：信號通過放大器之后，由于放是：信號通過放大器之后，由于放 大器產(chǎn)生噪聲，使信噪比變壞；信噪比下降的倍數(shù)就是噪大器產(chǎn)生噪聲，使信噪比變壞；信噪比下降的倍數(shù)就是噪 聲系數(shù)。通常，噪聲系數(shù)用分貝數(shù)表示，此時聲系數(shù)。通常，噪聲系數(shù)用分貝數(shù)表示，此時 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 噪聲機理：噪聲機理：在晶體管內(nèi)，載流子的不規(guī)則運動引起不規(guī)則在晶體管內(nèi)，載流子的不規(guī)則運動引起不規(guī)則 變化的電流起伏，因而產(chǎn)生不規(guī)則變化的電壓起伏，這種變化的電流起伏，因而產(chǎn)生不規(guī)則變化的電壓起伏，這種 不規(guī)則變化的電流和電壓形成晶體管的噪聲

48、。不規(guī)則變化的電流和電壓形成晶體管的噪聲。 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 噪聲源：噪聲源：在在HEMTsHEMTs半導(dǎo)體器件中，存在的噪聲源主要有半導(dǎo)體器件中，存在的噪聲源主要有 熱噪聲、散粒噪聲、感應(yīng)柵噪聲、閃爍噪聲、產(chǎn)生熱噪聲、散粒噪聲、感應(yīng)柵噪聲、閃爍噪聲、產(chǎn)生- -復(fù)合復(fù)合 噪聲等。噪聲等。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 閃爍噪聲閃爍噪聲: :是通常所說的是通常所說的1/f 1/f 噪聲，其形成機理比較復(fù)雜和噪聲，其形成機理比較復(fù)雜和 多樣化，大小與半導(dǎo)體材料、表面處理等諸多因素相關(guān)。多樣化，大小與半導(dǎo)體材料、表面處理等諸多因素

49、相關(guān)。 產(chǎn)生產(chǎn)生- -復(fù)合噪聲復(fù)合噪聲: :是由于載流子產(chǎn)生復(fù)合過程中引起電流起是由于載流子產(chǎn)生復(fù)合過程中引起電流起 伏而形成的。閃爍噪聲和產(chǎn)生伏而形成的。閃爍噪聲和產(chǎn)生- -復(fù)合噪聲通常只影響低頻復(fù)合噪聲通常只影響低頻 噪聲噪聲. . 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 熱噪聲、感應(yīng)柵極熱噪聲、感應(yīng)柵極 噪聲和散粒噪聲。噪聲和散粒噪聲。 低頻噪聲低頻噪聲 高頻噪聲高頻噪聲 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 熱噪聲：熱噪聲：是由于在導(dǎo)體中由于帶電粒子熱騷動而產(chǎn)生的是由于在導(dǎo)體中由于帶電粒子熱騷動而產(chǎn)生的 隨機噪聲。隨機噪聲。FETFET的熱噪聲主

50、要來源于溝道電阻、柵電阻和的熱噪聲主要來源于溝道電阻、柵電阻和 源漏寄生電阻。熱噪聲表達式為：源漏寄生電阻。熱噪聲表達式為： 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 2 exp() 1 Thermal hfhf Pf hf kT 其中其中 h為普朗克常量，為普朗克常量， k為波爾茲曼常數(shù)，為波爾茲曼常數(shù)， T為溫度，為溫度， f 為頻率。為頻率。 通常通常hf kT，因此熱噪聲又可以表示為：因此熱噪聲又可以表示為： Thermal PkT f 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 感應(yīng)柵噪聲：感應(yīng)柵噪聲：是由于沿溝道的噪聲電壓起伏通過電容耦是由于沿溝道的

51、噪聲電壓起伏通過電容耦 合到柵極上感應(yīng)出的電荷變化而出現(xiàn)的噪聲電流，由于溝合到柵極上感應(yīng)出的電荷變化而出現(xiàn)的噪聲電流，由于溝 道的熱噪聲和感應(yīng)柵噪聲都是由相同的噪聲電壓在溝道中道的熱噪聲和感應(yīng)柵噪聲都是由相同的噪聲電壓在溝道中 引起的，因而它們之間有部分相關(guān)性。引起的，因而它們之間有部分相關(guān)性。 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 散粒噪聲：散粒噪聲：則是由于柵極泄露電流或者界面復(fù)合電流引則是由于柵極泄露電流或者界面復(fù)合電流引 起的，其表達式為起的，其表達式為=2qIgl 。散粒噪聲大小與工作頻率。散粒噪聲大小與工作頻率 無關(guān)，屬于高斯白噪聲。無關(guān)，屬于

52、高斯白噪聲。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 放大器自身產(chǎn)生的噪聲也可用放大器自身產(chǎn)生的噪聲也可用等效噪聲溫度等效噪聲溫度Te來表達。來表達。 NF(dB) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 NF1.023 1.047 1.072 1.096 1.122 1.148 1.175 1.202 1.230 1.259 Te(K)6.825 13.81 20.96 28.27 35.75 43.41 51.24 59.26 67

53、.47 75.87 NF(dB) 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 10 NF1.413 1.585 1.778 1.995 2.239 2.512 2.818 3.162 3.981 10.00 Te(K)120.9 171.3 228.1 291.6 362.9 442.9 532.8 633.5 873.5 2637 ) 1( 0 NFTTe 式中，式中，T T0 0為環(huán)境溫度，通常取為為環(huán)境溫度，通常取為300K300K。 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 噪聲系數(shù)和噪聲溫度關(guān)系噪聲系數(shù)和噪聲溫度關(guān)系 電子

54、科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 多級放大器的級聯(lián)形式，噪聲系數(shù)的表達式如下多級放大器的級聯(lián)形式，噪聲系數(shù)的表達式如下 32 1 112 NF1NF1 NF=NF GG G 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 有源二端口網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)的一般表達式有源二端口網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)的一般表達式 3. 3.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度 2 2 no nso i F i 2 min n sopt s R FFYY G 其中其中為最佳源反射系數(shù)，等效噪聲電阻為最佳源反射系數(shù)，等效噪聲電阻Rn，最

55、小噪聲系，最小噪聲系 數(shù)數(shù)Fmin，最佳源電導(dǎo)，最佳源電導(dǎo)Gs和源電納和源電納Bs(或最佳源反射系數(shù)幅度或最佳源反射系數(shù)幅度 |和相位和相位phase() 為主要的四個噪聲參量。為主要的四個噪聲參量。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 4. 4.放大器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標增益平坦度增益平坦度 增益平坦度是指增益平坦度是指工作頻帶內(nèi)功率增益的起伏工作頻帶內(nèi)功率增益的起伏，常用，常用 最高增益與最小增益之差，即最高增益與最小增益之差，即G(dB)G(dB)表示，如下圖表示，如下圖 所示。所示。 () 2 MAXMIN GG GdB 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 5. 5.放大

56、器技術(shù)指標放大器技術(shù)指標動態(tài)范圍動態(tài)范圍 動態(tài)范圍是指低噪聲放大器輸入信號允許的最小功率動態(tài)范圍是指低噪聲放大器輸入信號允許的最小功率 和最大功率的范圍和最大功率的范圍。 動態(tài)范圍的下限取決于噪聲性能動態(tài)范圍的下限取決于噪聲性能。當(dāng)放大器的噪聲。當(dāng)放大器的噪聲 系數(shù)系數(shù)N Nf f給定時，輸入信號功率允許最小值是：給定時，輸入信號功率允許最小值是： min0 () f PNkT B M ： 其中：其中：M 為最小輸入可檢測信號；為最小輸入可檢測信號； 動態(tài)范圍的上限是受非線性指標限制動態(tài)范圍的上限是受非線性指標限制，有時候要求，有時候要求 更加嚴格些，則定義為放大器非線性特性達到指定三階更加嚴

57、格些，則定義為放大器非線性特性達到指定三階 交調(diào)系數(shù)時的輸入功率值。交調(diào)系數(shù)時的輸入功率值。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.5.2微波晶體管放大器的穩(wěn)定性 穩(wěn)定工作是放大器性能指標得以實現(xiàn)的前提穩(wěn)定工作是放大器性能指標得以實現(xiàn)的前提; ; ZRjX cc cc ZZRZjX ZZRZjX 2 2 2 2 c c RZX RZX （1 1） 端口的穩(wěn)定性端口的穩(wěn)定性 設(shè)網(wǎng)絡(luò)某一端口的輸入阻抗是設(shè)網(wǎng)絡(luò)某一端口的輸入阻抗是 有源網(wǎng)絡(luò)可以這樣來劃分成為兩大類：一類稱為無條有源網(wǎng)絡(luò)可以這樣來劃分成為兩大類：一類稱為無條 件穩(wěn)定或絕對穩(wěn)定的；一類稱為有條件穩(wěn)定的或潛在件穩(wěn)定或絕對穩(wěn)定的；一

58、類稱為有條件穩(wěn)定的或潛在 不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的。 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 (2)(2)晶體管放大器穩(wěn)定性條件晶體管放大器穩(wěn)定性條件 3.5.2微波晶體管放大器的穩(wěn)定性 絕對穩(wěn)定的充要條件絕對穩(wěn)定的充要條件 2 111221 2 221221 1 1 1 s SS S SS S K 放大器的穩(wěn)定系數(shù)放大器的穩(wěn)定系數(shù) 222 1122 1221 1 2 s SSD K S S 晶體管放大晶體管放大 器絕對穩(wěn)定器絕對穩(wěn)定 的判別準則的判別準則 潛在不穩(wěn)定潛在不穩(wěn)定 1 1 s 2 1 L 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.5.3 微波晶體管放大器設(shè)計 原理 A類 B類 D

59、類 E類 F類 AB 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 3.5.3 微波晶體管放大器設(shè)計 （1）最小噪聲系數(shù)設(shè)計（低噪聲放大器） 1. 1. 設(shè)計輸入匹配網(wǎng)路，實現(xiàn)設(shè)計輸入匹配網(wǎng)路，實現(xiàn) 與與 之間的匹配。之間的匹配。 2. 2. 計算計算 3. 設(shè)計輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)設(shè)計輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn) 與與 之間的匹配（之間的匹配（ ） 0s sopt 1221 222 11 1 sopt sopt S S S S 0L L 2L 在絕對穩(wěn)定性條件下：在絕對穩(wěn)定性條件下： 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 （2 2）最大功率增益設(shè)計（高增益放大器，驅(qū)動）最大功率增益設(shè)計（高增益放大器，驅(qū)

60、動 功放、功放）功放、功放） 3.5.3 微波晶體管放大器設(shè)計 1 2 s L 1221 11 22 1221 22 11 1 1 L s L s L s S S S S S S S S 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 在潛在不穩(wěn)定條件下：在潛在不穩(wěn)定條件下： 必須考慮必須考慮 和和 平面上穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)域的范圍，這就平面上穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)域的范圍，這就 必須作出相應(yīng)平面上的必須作出相應(yīng)平面上的穩(wěn)定判別圓來進行判別和設(shè)計穩(wěn)定判別圓來進行判別和設(shè)計。 潛在不穩(wěn)定器件設(shè)計的一般步驟：潛在不穩(wěn)定器件設(shè)計的一般步驟： 1. .設(shè)計輸出匹配，選擇輸入口穩(wěn)定的且保證增益要求的設(shè)計輸出匹配，選擇