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(jī)體積大、笨重，無法滿足機(jī)載、星載等要求載、星載等要求平面集成平面集成電路電路有源和有源和無源器無源

2、器件件AWS-1 was Decca Radars first S-band(2.7 to 3.1 GHz) sea-going radar.信號(hào)源采用磁信號(hào)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、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

3、）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(jìn)入高速發(fā)展期進(jìn)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(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，可近似認(rèn)為傳播過程中不存寸遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，可近似認(rèn)為傳播過程中不存在相位變化。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(zhǎng)可比擬（元件尺寸與工作波長(zhǎng)可比

4、擬（/10/10）時(shí)，采用）時(shí)，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(shí)的阻時(shí)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)院微波集成電路講義 本章將從工程設(shè)計(jì)角度出發(fā)，主要介紹本章將從工程設(shè)計(jì)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

5、設(shè)計(jì)的相關(guān)問題。微帶電路設(shè)計(jì)的相關(guān)問題。 2 2基本微帶元件?；疚г?。 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(shí)，將帶來如下影響：當(dāng)微帶電路產(chǎn)生不連續(xù)性時(shí)，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(chǔ)不連續(xù)性區(qū)域?qū)l(fā)生能量的存儲(chǔ)；第二，第二，產(chǎn)生反射波產(chǎn)生反射波；第三，場(chǎng)通過連續(xù)性區(qū)域后重新沿均勻線傳輸?shù)谌?，?chǎng)通過連續(xù)性區(qū)域后重新沿均勻線傳輸時(shí)，與進(jìn)入不連續(xù)性區(qū)域之前有所不同，時(shí)，與進(jìn)入不連續(xù)性區(qū)域之前有所不同，時(shí)延時(shí)延效應(yīng)將產(chǎn)

6、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(hào)幅度上的變化損耗將產(chǎn)生信號(hào)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(yuǎn)小模，且不連續(xù)區(qū)域遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，分析方法可以分為三個(gè)步驟：于工作波長(zhǎng)，分析方法可以分為三個(gè)步驟：場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析，場(chǎng)結(jié)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?yàn)用數(shù)學(xué)或?qū)嶒?yàn)方法確定元件方法確定元件值值電子科技大學(xué)電子工

7、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LNALNA衰 減 器Amp數(shù) 字衰 減 器10MHz外 參 考 源AMPHMC-ALH364G ： 21dBOIP3: 17dBmNF: 1.9dBHMC329L： 9.5dBIIP3: 19dBmLO-IF: 35dB 低 通濾 波 器L=1.5dB微 帶 帶 通濾 波 器L=2.5dB電 阻 型衰 減 器AMPHMC463G ： 14dBP1: 19dBmHMC659G ： 19dBOP1: 26dBmHMC425L： 3dBTTL控 制HMC397G ： 15dBP1: 15dBm微帶集成電路中不連續(xù)性微帶集成

8、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?cái)鄶喽?/4/4開路線開路線; ;微帶到波導(dǎo)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?cái)鄶喽碎_路線縮開路線縮短效應(yīng)，短效應(yīng)，長(zhǎng)度為長(zhǎng)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(dòng)

9、（過剩電荷相關(guān)的電流流動(dòng)（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?cái)鄶喽穗娮涌萍即髮W(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 兩條不同特性阻抗微帶線的連接點(diǎn)，低特性阻兩條不同特性阻抗微帶線的連接點(diǎn)，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

10、E E面面: :與電場(chǎng)矢量平行的平面與電場(chǎng)矢量平行的平面H H面面: :與磁場(chǎng)矢量平行的平面與磁場(chǎng)矢量平行的平面對(duì)偶波導(dǎo)模擬法對(duì)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微帶線的階梯跳變微帶線的階梯跳變電子科技大學(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及其等效電路微帶間隙及其等效電路兩條微帶通過一個(gè)串聯(lián)電容；兩條微帶通過一個(gè)串聯(lián)電容；兩條微帶的截?cái)喽伺c導(dǎo)體襯底之間等效于各并聯(lián)一個(gè)電容兩條微帶的截?cái)喽伺c導(dǎo)體襯底之間等效于各并聯(lián)一個(gè)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(gè)由于這個(gè) 型網(wǎng)絡(luò)是對(duì)稱的，所以可以采用下列兩個(gè)型網(wǎng)絡(luò)是對(duì)稱的，所以可以采用

11、下列兩個(gè)條件進(jìn)行求解：條件進(jìn)行求解：一、兩條微帶線對(duì)稱饋電，使兩個(gè)截?cái)喽酥g沒有電一、兩條微帶線對(duì)稱饋電，使兩個(gè)截?cái)喽酥g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eC 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、兩條微帶反對(duì)稱饋電，這時(shí)候，二、兩條微帶反對(duì)稱饋電，這時(shí)候，C12C12等于兩等于兩個(gè)串聯(lián)，中心點(diǎn)等效為接地。個(gè)串聯(lián)，中心點(diǎn)等效為接地。3.2.4微帶間帶間隙求奇模電容求奇模電容CoCo112eCC121124oeCCC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(gè)在拐角地區(qū)如同有一個(gè)并聯(lián)電容并

12、聯(lián)電容，路徑的加長(zhǎng)，路徑的加長(zhǎng)如同是兩段短傳輸線或是如同是兩段短傳輸線或是兩個(gè)電感兩個(gè)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）任意寬度）任意寬度3.2.5微帶線帶線拐角 直接的直角拐角會(huì)產(chǎn)生較大反射。為了減小反射，直接的直角拐角會(huì)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(dá)到匹配達(dá)到匹配。斜角邊長(zhǎng)是使兩次反射抵消的關(guān)鍵。斜角邊長(zhǎng)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

13、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 微帶線十字接頭的設(shè)計(jì)資料不多，主要是實(shí)驗(yàn)微帶線十字接頭的設(shè)計(jì)資料不多，主要是實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)帶線實(shí)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cZ若若Zc大，則大，則L大，大， C小可忽略小可忽略,等效為等

14、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(shí)，微帶寬度當(dāng)介質(zhì)基片厚度一定時(shí)，微帶寬度W ，則則Zc ；CpcvlZL22 pcvlYC 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

15、容元件3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)帶線實(shí)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. LC3. LC串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)帶線實(shí)現(xiàn)集總總元件 在傳輸線上并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)支節(jié)，這些支節(jié)等效于串聯(lián)在傳輸線上并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)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LCCL3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)帶線實(shí)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(gè)串聯(lián)諧振和一個(gè)接地的并聯(lián)諧振相互級(jí)聯(lián)，其響應(yīng)又如何？3.2.8微帶線實(shí)現(xiàn)帶線實(shí)現(xiàn)集總總元件電子科技大學(xué)電子

16、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(duì)任意一個(gè)口加以激勵(lì)時(shí)，通過長(zhǎng)度為當(dāng)對(duì)任意一個(gè)口加以激勵(lì)時(shí)，通過長(zhǎng)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(hào)源的線）的各個(gè)引出口的響應(yīng)如何求得主線和輔線（不加信號(hào)源的線）的各個(gè)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(chǎng)結(jié)

17、構(gòu)耦合微帶線中奇、偶模的場(chǎng)結(jié)構(gòu)1 1、2 2兩口輸入一對(duì)相互對(duì)稱的兩口輸入一對(duì)相互對(duì)稱的信號(hào)，如兩個(gè)相同的電壓信號(hào)，如兩個(gè)相同的電壓U U1 1、2 2兩口輸入一對(duì)相互反對(duì)稱兩口輸入一對(duì)相互反對(duì)稱的信號(hào)，如兩個(gè)幅度相等、的信號(hào)，如兩個(gè)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(lì)只是一種特殊情況，在一般情況當(dāng)然，奇偶模激勵(lì)只是一種特殊情況，在一般情況下并不是奇偶模激勵(lì)。但是在口下并不是奇偶

18、模激勵(lì)。但是在口1 1、2 2上，任意一對(duì)上，任意一對(duì)輸入電輸入電U U1 1，U U2 2，總可以分解成一對(duì)奇偶模分量，并，總可以分解成一對(duì)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1eoUUU2eoUUU故而得到：故而得到：1212eUUU1212oUUU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(lì)時(shí)，由于邊界不同，場(chǎng)結(jié)構(gòu)不同，）奇偶模激勵(lì)時(shí)，由于邊界不同，場(chǎng)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

19、解成奇偶模各自求解，最后將結(jié)果進(jìn)行疊加后才是耦成奇偶模各自求解，最后將結(jié)果進(jìn)行疊加后才是耦合線的解。合線的解。 （2 2）對(duì)解對(duì)稱四口網(wǎng)絡(luò)的問題，利用線性網(wǎng)絡(luò)疊加）對(duì)解對(duì)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(jiǎn)化分析。原理，都可以采用奇偶模分析法加以簡(jiǎn)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(shí)例鋸齒形定向耦合器實(shí)

20、例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(hào)一部分傳至端口輸入的信號(hào)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(fù)載匹配負(fù)載Z Z0 0，于，于是，除是，除口外，其余三口僅存

21、在出射波口外，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(duì)稱性結(jié)構(gòu)上具有對(duì)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(gè)四端，把定向耦合器分解為二個(gè)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 耦合微帶線帶線定向耦合

22、器奇偶模激勵(lì)電壓為：奇偶模激勵(lì)電壓為：111022eU 111 022oU 偶模激勵(lì)時(shí)：偶模激勵(lì)時(shí)：1212aa102403112212eeeeeeVVVV其中，其中， oeoe和和T Toeoe為偶模激勵(lì)時(shí)的電壓反射系數(shù)和傳輸系數(shù)為偶模激勵(lì)時(shí)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(lì)時(shí)奇模激勵(lì)時(shí)：3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器1212aa 102403112212ooooooVVVV 其中，其中， oooo和和T Toooo為偶模激勵(lì)時(shí)的電壓反射系數(shù)和傳輸系數(shù)為偶模激勵(lì)時(shí)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

23、電壓為：1110012220023330034440041112121212eoeoeoeoeoeoeoeoVVVbVVVbVVVbVVVb 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義0000111000000002120000sinsin11222cossin2cossinsin11222cossCeCoCeCoeoCeCoCeCoCeCeeoCeCeZZZZjjZZZZsbZZZZjjZZZZZZjZZsbZZjZZ00003130000004140000sinin2cossin11122cossin2cossin1122cosCoCoCoCoeoCeCoCeCoeoCeCeZZjZZZZj

24、ZZsbZZZZjjZZZZsbZZjZZ001sin2cossinCoCoZZjZZ3.3.2 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，必須有必須有3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器11310ss00000000eoeoZZZZZZZZ111Va00222000sinsin2cossin1cossineoeoj ZZjkVbZj ZZkj330Vb20442000212cossin1cossineoZkVbZj ZZkj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

25、配和完全隔離條件全隔離條件0000eoeoZZkZZ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 耦合微帶線帶線定向耦合器22121sin1cossinVjksVkj傳輸系數(shù)傳輸系數(shù) 24412111cossinVksVkj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(biāo)定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)（1 1）耦合度：）耦合度：3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器212212111()10lg10lg20lgPC dBPss（2 2）定向性：）定向性：2221213

26、3131()10lg10lg20lgPssD dBPss（3 3）隔離度：）隔離度：213313111()10lg10lg20lgPI dBPssICD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(jì)一個(gè)耦合微帶線定向耦合器，其中心頻率例：設(shè)計(jì)一個(gè)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(jì)算得計(jì)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

27、線寬度微帶線寬度WW5050=2.92mm=2.92mm0. 60. 70. 80. 90. 51. 0-30-20-10-400f req, G H zdB(S(1, 1)R eadoutm 4dB(S(2, 1)R eadoutm 1dB(S(3, 1)R eadoutm 3dB(S(4, 1)R eadoutm 2m 1f req=dB(S(2, 1)=-0. 629750. 0M H zm 2f req=dB(S(4, 1)=-10. 147750. 0M H zm 3f req=dB(S(3, 1)=-24. 785750. 0M H zm 4f req=dB(S(1, 1)=-34

28、. 557750. 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(shí)際耦合微帶線耦合器需考慮的問題：實(shí)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(duì)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(duì)定向性的影響. .22222413141111()10lg10lg10lg10lg10lgI dBsss CCeCoZq ZZ2221314141221()10lg10lg20lg20lg11sD dBssqqsqq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

29、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(zhǎng)，兩根折線邊界，使耦合區(qū)加長(zhǎng)，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，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(gè)定向耦合器

30、一般來講，考慮加工精度的影響，單個(gè)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(shí)現(xiàn)。合間隙太小，工藝上難以實(shí)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(shí)候，很多時(shí)候，由由 可知，對(duì)于弱耦合的場(chǎng)合，方向性一般較差（幾可知，對(duì)于弱耦合的場(chǎng)合，方向性一般較差（幾個(gè)個(gè)dBdB）。）。3.3.2 耦合微帶線帶線定向耦合器如何實(shí)現(xiàn)高隔離度、強(qiáng)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

31、（耦合度小于當(dāng)要求緊耦合（耦合度小于6dB6dB）時(shí)，可采用交指結(jié)構(gòu)）時(shí)，可采用交指結(jié)構(gòu)（交指數(shù)通常?。ń恢笖?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 32 21 14 4

32、4g 4g ABCD 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(gè)端口無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)匹配！無耗三端口網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)端口無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)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(shí)現(xiàn)三個(gè)端口的完全匹配！可實(shí)現(xiàn)三個(gè)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

33、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(shí)現(xiàn)輸出隔離和三個(gè)端口匹三端口功分網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)輸出隔離和三個(gè)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)電子工程學(xué)院微波集成電路講義 偶模激勵(lì)偶模激勵(lì)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(lì)奇模激勵(lì)2 2、3 3端端口匹配口匹配電子

34、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 3dB 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/410070.750matchingnetworks/41005070.770.770.7Splittercombi

35、ner3.4 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(jì)算計(jì)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

36、率分配器 WilkinsonWilkinson不等分不等分功分器設(shè)計(jì)公式功分器設(shè)計(jì)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(jì)一個(gè)二等分功分器設(shè)計(jì)一個(gè)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(jiǎn)要考慮對(duì)不連續(xù)性的修正。（選取并簡(jiǎn)要考慮對(duì)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(duì)于端口對(duì)于端口1 1來說，實(shí)

37、際上相當(dāng)于一個(gè)來說，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)1/41/4波長(zhǎng)阻波長(zhǎng)阻抗變換器，其相對(duì)帶寬較窄?？棺儞Q器，其相對(duì)帶寬較窄。寬帶寬帶設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(jì)一設(shè)計(jì)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：8-12GHz 駐波比：駐波比：1.5（ 14dB） 差損：差損：1dB3.4 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

38、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(chǎng)仿真三維場(chǎng)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在在8-12GHz內(nèi)的駐波比內(nèi)的駐波比VSWR1.4，插入損耗，插入損耗0.68dB，符合指標(biāo)的要求。，符合指標(biāo)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+SSRL信號(hào)源負(fù)載iiio 放大放大把微弱的電信號(hào)的幅度放大。把微弱的電信號(hào)的幅度放大。一個(gè)微弱的電信號(hào)通過放大器后，輸出電壓幅度或一

39、個(gè)微弱的電信號(hào)通過放大器后，輸出電壓幅度或功率得到了放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變，功率得到了放大，但它隨時(shí)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3.5.1 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(biāo)： 反射系數(shù)；反射系數(shù)； 功率增益；功率增益； 噪聲系數(shù)；噪聲系數(shù)； 增益平坦度；增益平坦度；1. 1.動(dòng)態(tài)范圍；動(dòng)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(gè)參考面的信號(hào)傳輸與反射反射系數(shù)表征的是某一個(gè)參考面的信號(hào)傳輸與反射特性。特性。1

40、. 1.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)反射系數(shù)反射系數(shù)scsscZZZZ LcLLcZZZZ incinincZZZZoutcoutoutcZZZZ 22Lab 112211111221LLbS SSaS sa端口端口1 1加激勵(lì)信號(hào)源加激勵(lì)信號(hào)源 , ,端口端口2 2不加激勵(lì)：不加激勵(lì)： 輸入匹配電路輸出匹配電路微波器件SP3P1P2P4a1a2b1b2Z0Z0 1 2 sLZinZoutZsZL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(hào)功率傳送到晶體管輸入端的信號(hào)功率 P P1 1 ; ; 信號(hào)源資用功率信號(hào)源資用功率P P1a 1a ; ; 放大器輸出端口傳送給負(fù)載

41、的功率放大器輸出端口傳送給負(fù)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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)功率增益功率增益輸入匹配電路輸出匹配電路微波器件SP3P1P2P4a1a2b1b2Z0Z0 1 2 sLZinZoutZsZL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(shí)際增益、資用常用的微波放大器功率增益定義有實(shí)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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)功率增益功率增益22212221221111LpLSPGPS 222212222122211111saaasS

42、PGPS 2222122212211111sLtaLsSPGPS ptGGatGG， 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(shí)實(shí)現(xiàn)共軛匹都同時(shí)實(shí)現(xiàn)共軛匹配時(shí)，這三個(gè)功率配時(shí)，這三個(gè)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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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(jī)系統(tǒng)猶如人的耳朵，噪聲大接收機(jī)系統(tǒng)猶如人的耳朵，噪聲大了，耳朵就不靈了！了，耳朵就不靈了！3. 3.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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

43、大器的噪聲系數(shù)NFNF可定義如下可定義如下outoutininNSNSNF/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(hào)功率和噪聲功率；端的信號(hào)功率和噪聲功率； S Soutout，N Noutout分別為輸出端的信分別為輸出端的信號(hào)功率和噪聲功率。號(hào)功率和噪聲功率。)lg(10)(NFdBNF3. 3.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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)的物理含義噪聲系數(shù)的物理含義是：信號(hào)通過放大器之后，由于放是：信號(hào)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

44、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(shí)聲系數(shù)。通常，噪聲系數(shù)用分貝數(shù)表示，此時(shí)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(jī)理：噪聲機(jī)理：在晶體管內(nèi)，載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起不規(guī)則在晶體管內(nèi)，載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)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。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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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

45、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(jī)理比較復(fù)雜和噪聲，其形成機(jī)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

46、響低頻噪聲噪聲. .3. 3.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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(dòng)而產(chǎn)生的是由于在導(dǎo)體中由于帶電粒子熱騷動(dòng)而產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲。隨機(jī)噪聲。FETFET的熱噪聲主要來源于溝道電阻、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(dá)式為：源漏寄生電阻。熱噪聲表達(dá)式為：3. 3.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度2exp() 1Thermalhfh

47、fPfhfkT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：ThermalPkT 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

48、，因而它們之間有部分相關(guān)性。3. 3.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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(dá)式為起的，其表達(dá)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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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(dá)。來表達(dá)。NF(dB)

49、0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0NF1.023 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 67.47 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 10.00Te(K)120.9 171.3 228.1 291.

50、6 362.9 442.9 532.8 633.5 873.5 2637) 1(0NFTTe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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度多級(jí)放大器的級(jí)聯(lián)形式，噪聲系數(shù)的表達(dá)式如下多級(jí)放大器的級(jí)聯(lián)形式，噪聲系數(shù)的表達(dá)式如下321112NF1NF1NF=NFGG 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

51、般表達(dá)式有源二端口網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)的一般表達(dá)式3. 3.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)噪聲系數(shù)與噪聲溫度噪聲系數(shù)與噪聲溫度22nonsoiFi2minnsoptsRFFYYG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(gè)噪聲參量。為主要的四個(gè)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(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)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

52、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。()2MAXMINGGGdB 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院微波集成電路講義5. 5.放大器技術(shù)指標(biāo)放大器技術(shù)指標(biāo)動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍是指低噪聲放大器輸入信號(hào)允許的最小功率動(dòng)態(tài)范圍是指低噪聲放大器輸入信號(hào)允許的最小功率和最大功率的范圍和最大功率的范圍。 動(dòng)態(tài)范圍的下限取決于噪聲性能動(dòng)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(shí)，輸入信號(hào)功率允許最小值是：給定時(shí)，輸入信號(hào)功率允許最小值是：min0()fPNkT B M：其中

53、：其中：M 為最小輸入可檢測(cè)信號(hào)；為最小輸入可檢測(cè)信號(hào)； 動(dòng)態(tài)范圍的上限是受非線性指標(biāo)限制動(dòng)態(tài)范圍的上限是受非線性指標(biāo)限制，有時(shí)候要求，有時(shí)候要求更加嚴(yán)格些，則定義為放大器非線性特性達(dá)到指定三階更加嚴(yán)格些，則定義為放大器非線性特性達(dá)到指定三階交調(diào)系數(shù)時(shí)的輸入功率值。交調(diào)系數(shù)時(shí)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(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的前提穩(wěn)定工作是放大器性能指標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的前提; ;ZRjXccccZZRZjXZZRZjX 2222ccRZXRZX （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

54、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(duì)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(duì)穩(wěn)定的；一類稱為有條件穩(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(duì)穩(wěn)定的充要條件絕對(duì)穩(wěn)定的充要條件21112212221221111sSS SSS SK放大器的穩(wěn)定系數(shù)放大器的穩(wěn)定系數(shù)2221122122112sSSDKS S晶體管放大晶體管放大器絕對(duì)穩(wěn)定器絕對(duì)穩(wěn)定的判別準(zhǔn)則的判別準(zhǔn)則潛在不穩(wěn)定潛在不穩(wěn)定11s 21L

55、 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(jì) 原理A類B類D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(jì)（1）最小噪聲系數(shù)設(shè)計(jì)（低噪聲放大器） 1. 1. 設(shè)計(jì)輸入匹配網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)輸入匹配網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn) 與與 之間的匹配。之間的匹配。 2. 2. 計(jì)算計(jì)算 3. 設(shè)計(jì)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) 與與 之間的匹配（之間的匹配（ ） 0ssopt1221222111soptsoptS SSS 0LL2L 在絕對(duì)穩(wěn)定性條件下：在絕對(duì)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(jì)（高增

56、益放大器，驅(qū)動(dòng)）最大功率增益設(shè)計(jì)（高增益放大器，驅(qū)動(dòng)功放、功放）功放、功放）3.5.3 微波晶體管放大器設(shè)計(jì)12sL 122111221221221111LsLsLsS SSSS SSS 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(jìn)行判別和設(shè)計(jì)穩(wěn)定判別圓來進(jìn)行判別和設(shè)計(jì)。潛在不穩(wěn)定器件設(shè)計(jì)的一般步驟：潛在不穩(wěn)定器件設(shè)計(jì)的一般步驟：1. .設(shè)計(jì)輸出匹配，選擇輸入口穩(wěn)定的且保證增益要求的設(shè)計(jì)輸出匹配，選擇輸入口穩(wěn)定的且保證增益要求的 L L ；2. 2. 計(jì)算出計(jì)算出 1 1；3. 3.當(dāng)按最小噪聲系數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)按最小噪聲系數(shù)設(shè)計(jì)時(shí) ，當(dāng)按最大功率增益設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)按最大功率增益設(shè)計(jì)時(shí) ，計(jì)算出，計(jì)算出 2 2, ,并判別穩(wěn)定性圓；并判別穩(wěn)定性圓；4. 4.若輸出口不穩(wěn)定，則重新選擇若輸出口不穩(wěn)定，則重新選擇 L L ，重復(fù)，重復(fù)1 1、2 2、3 3；5.若輸出口穩(wěn)定，則分別設(shè)計(jì)輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，完成若輸出口穩(wěn)定，則分別設(shè)計(jì)輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，完成 so與 s s、 L Lo與 L L的匹配轉(zhuǎn)換。的匹配轉(zhuǎn)換。3.5.3 微波晶體管放大器設(shè)計(jì)