射頻與微波放大器設計ppt課件

1、u 射頻與微波放大器設計射頻與微波放大器設計p射頻和微波放大器設計射頻和微波放大器設計的基本考慮的基本考慮p1 1 功率或信號電平功率或信號電平p小信號小信號p大信號大信號 ( (高功率高功率) )p2 2 工作帶寬工作帶寬p窄帶窄帶p寬帶寬帶3 3 增益增益 高增益高增益 ( (窄帶窄帶) )常數(shù)增益常數(shù)增益 ( (寬帶寬帶) )4 4 噪聲噪聲低噪聲低噪聲5 5 多級放大器多級放大器u 射頻與微波放大器設計射頻與微波放大器設計o基本設計方法基本設計方法o采用采用S S參數(shù)來進行設計參數(shù)來進行設計o微波放大器用基本器件微波放大器用基本器件o雙極晶體管雙極晶體管 ( (較低頻率較低頻率) )o

2、場效應管場效應管( (較高頻率，可以一直工作到毫米波較高頻率，可以一直工作到毫米波段）段）射頻與微波放大器設計射頻與微波放大器設計 放大器的分類放大器的分類 A A 類甲類放大器類甲類放大器 A A 類甲類放大器的特點是，在整個信號周期內(nèi)，放大類甲類放大器的特點是，在整個信號周期內(nèi)，放大器都工作于晶體管的工作區(qū)。器都工作于晶體管的工作區(qū)。B B 類乙類放大器類乙類放大器B B 類放大器的特點是，在放大器的工作過程中，大約半個信類放大器的特點是，在放大器的工作過程中，大約半個信號周期的時間工作于晶體管的工作區(qū)。號周期的時間工作于晶體管的工作區(qū)。u 射頻與微波放大器設計射頻與微波放大器設計 放大器

3、的分類放大器的分類AB AB 類甲乙類放大器類甲乙類放大器在小信號時，放大器為在小信號時，放大器為A A類工作，在大信號時，放大器類工作，在大信號時，放大器為為B B類工作的放大器稱為類工作的放大器稱為ABAB類放大器。類放大器。 C C 類丙類放大器類丙類放大器放大器在整個信號周期內(nèi)，晶體管在工作區(qū)工作的時間放大器在整個信號周期內(nèi)，晶體管在工作區(qū)工作的時間明顯少于半個信號周期的放大器為明顯少于半個信號周期的放大器為C C類放大器。類放大器。u 小信號放大器設計小信號放大器設計o小信號放大器設計的基小信號放大器設計的基本步驟本步驟 o選擇適當?shù)钠骷蛐酒x擇適當?shù)钠骷蛐酒琽工作頻率工作頻率o

4、增益增益o噪聲噪聲o功率電平功率電平直流偏置設計直流偏置設計偏置電壓偏置電壓Q點的選點的選擇擇一般來說，放大器直流一般來說，放大器直流偏置電壓對于應該選擇偏置電壓對于應該選擇在在IC-VCE曲線雙極曲線雙極晶體管或晶體管或ID-VDS曲曲線場效應管的中部，線場效應管的中部，以保證晶體管在工作區(qū)以保證晶體管在工作區(qū)雙極晶體管或飽和雙極晶體管或飽和區(qū)場效應管任務。區(qū)場效應管任務。 u 小信號放大器設計小信號放大器設計直流偏置電路的設計直流偏置電路的設計直流偏置電路的設計原則應該是：直流偏置的引入對微直流偏置電路的設計原則應該是：直流偏置的引入對微波和射頻信號沒有影響，即一方面要防止微波和射頻信波和

5、射頻信號沒有影響，即一方面要防止微波和射頻信號從偏置泄漏，干擾偏置回路的正常工作，同時也要防號從偏置泄漏，干擾偏置回路的正常工作，同時也要防止外界干擾信號通過偏置回路影響微波和射頻系統(tǒng)的工止外界干擾信號通過偏置回路影響微波和射頻系統(tǒng)的工作。作。因此直流偏置回路應該是一個低通濾波器，并且在與微因此直流偏置回路應該是一個低通濾波器，并且在與微波回路相關(guān)的連接處向直流偏置看去的輸入阻抗應該為波回路相關(guān)的連接處向直流偏置看去的輸入阻抗應該為近似開路。近似開路。 u 小信號放大器設計小信號放大器設計u 小信號放大器設計小信號放大器設計u 小信號放大器設計小信號放大器設計穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性判據(jù)穩(wěn)定

6、性判據(jù)絕對穩(wěn)定絕對穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件穩(wěn)定采用負反饋、電阻加載采用負反饋、電阻加載等措施等措施 留意：留意：不但要考慮工作帶寬內(nèi)不但要考慮工作帶寬內(nèi)的穩(wěn)定性，也要考慮工的穩(wěn)定性，也要考慮工作帶寬外的穩(wěn)定性作帶寬外的穩(wěn)定性匹配網(wǎng)絡的設計匹配網(wǎng)絡的設計根據(jù)不同放大器的要求，根據(jù)不同放大器的要求，進行匹配網(wǎng)絡的設計。進行匹配網(wǎng)絡的設計。帶寬的考慮帶寬的考慮雙向還是單向設計雙向還是單向設計增益與噪聲設計的平衡增益與噪聲設計的平衡級間匹配共軛匹配）級間匹配共軛匹配）u 小信號放大器設計小信號放大器設計o窄帶放大器設計窄帶放大器設計o工作帶寬小于工作帶寬小于10%的放大器可認為是窄帶放大器的放大器可認為是窄帶

7、放大器o窄帶放大器分類窄帶放大器分類o最大增益放大器最大增益放大器o高增益放大器高增益放大器o最低噪聲放大器最低噪聲放大器u 高增益放大器設計舉例高增益放大器設計舉例例例 15.115.1設計一工作頻率為設計一工作頻率為3GHz3GHz，增益為，增益為15dB15dB的放大器，選擇如下的放大器，選擇如下S S參數(shù)的雙極晶體管參數(shù)的雙極晶體管VCE=4V VCE=4V ，IC=5mAIC=5mA）：）：解解u 最大增益放大器設計最大增益放大器設計 最大增益放大器實際上是高增益放大器設計的特例最大增益放大器實際上是高增益放大器設計的特例設計過程實際上是實現(xiàn)對輸入和輸出端的共軛匹配設計過程實際上是實

8、現(xiàn)對輸入和輸出端的共軛匹配當當S120S120時，采用單向設計應該核對設計誤差是否滿足時，采用單向設計應該核對設計誤差是否滿足指標誤差要求指標誤差要求設計舉例設計舉例 u 低噪聲放大器低噪聲放大器 (LNA)(LNA)設計設計設計考慮設計考慮設計的主要目標是使放大器的在噪聲低于規(guī)定設計的主要目標是使放大器的在噪聲低于規(guī)定值的前提下，盡可能獲得較高的增益。值的前提下，盡可能獲得較高的增益。 大多數(shù)情況下，最小噪聲和最大增益并不是同大多數(shù)情況下，最小噪聲和最大增益并不是同時出現(xiàn)！時出現(xiàn)！u 低噪聲放大器低噪聲放大器 (LNA)(LNA)設計設計基本設計步驟基本設計步驟設計的前五個步驟與其它類型的放

9、大器是相同，以后，設計的前五個步驟與其它類型的放大器是相同，以后，有有 計算輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的分配增益。計算輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的分配增益。將常數(shù)噪聲圓、源輸入常數(shù)增益圓繪在同一張將常數(shù)噪聲圓、源輸入常數(shù)增益圓繪在同一張SmithSmith圓圖上。圓圖上。選擇與預設的常噪聲系數(shù)圓相交的輸入源常增益選擇與預設的常噪聲系數(shù)圓相交的輸入源常增益圓，作為增益設計的考慮，設計時應考慮到帶寬的要圓，作為增益設計的考慮，設計時應考慮到帶寬的要求。求。 u 低噪聲放大器低噪聲放大器 (LNA)(LNA)設計設計(4) (4) 在選定的輸入常數(shù)增益圓上選擇在預定噪聲圓內(nèi)的在選定的輸入常數(shù)增益圓上選擇在預定噪聲圓

10、內(nèi)的SS值，設計輸入匹配網(wǎng)絡。值，設計輸入匹配網(wǎng)絡。(5) (5) 根據(jù)增益和帶寬要求，選擇根據(jù)增益和帶寬要求，選擇L L 值，設計輸出匹配網(wǎng)值，設計輸出匹配網(wǎng)絡。絡。設計舉例設計舉例 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 1 1 寬帶放大器的定義寬帶放大器的定義在寬帶范圍一個倍頻程甚至十個倍頻程內(nèi)具有平坦響在寬帶范圍一個倍頻程甚至十個倍頻程內(nèi)具有平坦響應的放大器為寬帶放大器。應的放大器為寬帶放大器。2 2 寬帶放大器設計的基本考慮寬帶放大器設計的基本考慮 設計的基本方法與前面研究的高增益放大器的基本設計方設計的基本方法與前面研究的高增益放大器的基本設計方法是相同的。法是相同的。由于器

11、件參數(shù)和匹配網(wǎng)絡特性隨頻率變化，寬帶放大器的由于器件參數(shù)和匹配網(wǎng)絡特性隨頻率變化，寬帶放大器的設計比高增益放大器的設計復雜。設計比高增益放大器的設計復雜。 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 寬帶放大器的設計考慮寬帶放大器的設計考慮l晶體管的晶體管的 |S21| |S21| 和和 |S12| |S12| 隨頻率變化的規(guī)律隨頻率變化的規(guī)律l u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 寬帶放大器的設計考慮寬帶放大器的設計考慮l寬工作頻帶范圍內(nèi)的穩(wěn)定性寬工作頻帶范圍內(nèi)的穩(wěn)定性lK因子依賴于因子依賴于|S12S21|的乘積，因此放大器的穩(wěn)定的乘積，因此放大器的穩(wěn)定性依賴于性依賴于|S12

12、S21|隨頻率變化曲線的平坦度。隨頻率變化曲線的平坦度。lS11 和和 S22在整個工作頻率范圍的變化在整個工作頻率范圍的變化l直接影響到輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的寬帶設計。輸入和輸直接影響到輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的寬帶設計。輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的特性本身隨頻率變化。出匹配網(wǎng)絡的特性本身隨頻率變化。 l噪聲系數(shù)在寬頻帶內(nèi)的變化特性噪聲系數(shù)在寬頻帶內(nèi)的變化特性l影響工作頻帶內(nèi)的噪聲特性影響工作頻帶內(nèi)的噪聲特性 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計3 3、寬帶放大器設計的主要方法、寬帶放大器設計的主要方法（1 1匹配補償技術(shù)匹配補償技術(shù)（2 2綜合網(wǎng)絡設計技術(shù)綜合網(wǎng)絡設計技術(shù)（3 3平衡放大器技術(shù)平衡

13、放大器技術(shù)（4 4負反饋技術(shù)負反饋技術(shù) u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 匹配補償設計技術(shù)匹配補償設計技術(shù)基本設計思想基本設計思想在放大器匹配網(wǎng)絡的設計中，根據(jù)晶體管增益在放大器匹配網(wǎng)絡的設計中，根據(jù)晶體管增益隨頻率的變化特點，在輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的隨頻率的變化特點，在輸入和輸出匹配網(wǎng)絡的設計過程中，引入適當?shù)氖湟话闶鞘垢哳l設計過程中，引入適當?shù)氖湟话闶鞘垢哳l端盡可能匹配，低頻端適當失配），使放大器端盡可能匹配，低頻端適當失配），使放大器在整個頻率范圍內(nèi)達到增益平衡的目的。在整個頻率范圍內(nèi)達到增益平衡的目的。設計舉例設計舉例 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 平衡放大器

14、設計平衡放大器設計 l平衡放大器電原理圖平衡放大器電原理圖 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 平衡放大器的工作原理平衡放大器的工作原理(1) (1) 端口端口1 1的輸入功率通過的輸入功率通過3dB3dB輸入定向耦合器，在端口輸入定向耦合器，在端口2 2和和3 3等分輸出，相位相差等分輸出，相位相差900900。在理想情況下，端口。在理想情況下，端口4 4沒有沒有功率輸出。功率輸出。(2) (2) 放大器放大器 a a 和和 放大器放大器 b b 分別對端口分別對端口2 2和端口和端口3 3的輸出功的輸出功率進行放大，由于兩個放大器的特性是一樣的，因此，率進行放大，由于兩個放大器的

15、特性是一樣的，因此，放大后的信號仍然是大小相等，相位相差放大后的信號仍然是大小相等，相位相差900900。 (3) (3) 在輸出在輸出3 3分貝定向耦合器的輸入口，由放大器分貝定向耦合器的輸入口，由放大器b b輸出的輸出的信號比放大器信號比放大器a a的輸出信號滯后的輸出信號滯后900900，經(jīng)過輸出定向耦合，經(jīng)過輸出定向耦合器后，在輸出定向耦合器的端口器后，在輸出定向耦合器的端口2 2，合成信號的振幅相，合成信號的振幅相等，相位相差等，相位相差18001800，端口，端口2 2沒有輸出，而端口沒有輸出，而端口3 3合成的合成的信號振幅相等，相位相同，即合成信號從端口信號振幅相等，相位相同，

16、即合成信號從端口3 3輸出。輸出。寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計平衡放大器的優(yōu)點平衡放大器的優(yōu)點l反射系數(shù)反射系數(shù) l如果兩個放大器特性是完全一致的平衡），則整個放如果兩個放大器特性是完全一致的平衡），則整個放大器是完全匹配的。因此平衡放大器允許各放大器的輸大器是完全匹配的。因此平衡放大器允許各放大器的輸入和輸出口是失配的。入和輸出口是失配的。l增益增益 l在理想情況下，整個放大器的增益等于單支路放大器的在理想情況下，整個放大器的增益等于單支路放大器的增益增益 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計平衡放大器的優(yōu)點平衡放大器的優(yōu)點l功率容量功率容量l合成輸出功率能力是單個放大器

17、的兩倍合成輸出功率能力是單個放大器的兩倍l可靠性可靠性l即使有一路放大器損壞，仍然可以工作增益將下降即使有一路放大器損壞，仍然可以工作增益將下降6dB）l設計舉例設計舉例 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)負反饋技術(shù)對于寬帶寬達對于寬帶寬達2020倍頻程）、低增益變化的放倍頻程）、低增益變化的放大器，負反饋是一項非常有效的技術(shù)。負反饋大器，負反饋是一項非常有效的技術(shù)。負反饋技術(shù)唯一的缺點是由于在反饋回路中有電阻，技術(shù)唯一的缺點是由于在反饋回路中有電阻，因此必然使噪聲增加，增益降低。因此必然使噪聲增加，增益降低。 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)負反

18、饋技術(shù)u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)負反饋技術(shù)反饋放大器的分析反饋放大器的分析反饋放大器的等效電路反饋放大器的等效電路 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)負反饋技術(shù)分析：分析：由圖由圖15.19b15.19b，負反饋放大器的導納矩陣，負反饋放大器的導納矩陣 Y Y 為為其中其中 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)分析）負反饋技術(shù)分析）得出得出S S參數(shù)參數(shù)其中其中 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)分析）負反饋技術(shù)分析）輸入和輸出口無反射，輸入和輸出口無反射，有有即即或或 由此得到由此得到 公式公式 15.

19、19b 表明了兩表明了兩個反饋電阻個反饋電阻R1和和R2滿滿足輸入和輸出口無反射足輸入和輸出口無反射所必須的條件。所必須的條件。 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)分析）負反饋技術(shù)分析）l負反饋放大器的增益負反饋放大器的增益l適合于并適合于并-串反饋設計的三極管的條件串反饋設計的三極管的條件lR1的值總是正值即的值總是正值即R10），考慮最壞情況，即），考慮最壞情況，即 R1=0,由公式由公式 15.9b,得到得到(gm)min的值的值 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)分析）負反饋技術(shù)分析）匹配條件下匹配條件下(gm)min(gm)min的簡單表達

20、式：的簡單表達式：將式將式15.9c15.9c中的中的R2R2代入式代入式15.2015.20，有，有 由公式由公式 15.19c 15.19c 可以看出，一旦晶體管滿足可以看出，一旦晶體管滿足(gm)min(gm)min情情況，增益況，增益S21S21只與反饋電阻只與反饋電阻R2R2有關(guān)，而與器件的參數(shù)無有關(guān)，而與器件的參數(shù)無關(guān)。因此，只要器件是線性工作的，在一個寬的頻帶內(nèi)關(guān)。因此，只要器件是線性工作的，在一個寬的頻帶內(nèi)放大器就可以保證增益的平坦性。放大器就可以保證增益的平坦性。 u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)分析）負反饋技術(shù)分析）獲得最小輸入和輸出駐波比的條件獲得

21、最小輸入和輸出駐波比的條件設計舉例設計舉例u 寬帶放大器寬帶放大器BBABBA設計設計 負反饋技術(shù)高頻情況）負反饋技術(shù)高頻情況）l隨著工作頻率的增加，隨著工作頻率的增加，S21S21的相位將趨向于的相位將趨向于900900，也就是說可能出現(xiàn)正反饋的成分，由此引起放也就是說可能出現(xiàn)正反饋的成分，由此引起放大器的不穩(wěn)定，為了保證放大器的穩(wěn)定性，可大器的不穩(wěn)定，為了保證放大器的穩(wěn)定性，可以在并聯(lián)反饋元件上附加一個串聯(lián)電感，以改以在并聯(lián)反饋元件上附加一個串聯(lián)電感，以改變反饋分量的相位。變反饋分量的相位。 u 多級小信號放大器設計多級小信號放大器設計 u 多級小信號放大器設計多級小信號放大器設計 最大增

22、益多級放大器設計最大增益多級放大器設計 l設計目標設計目標l獲得最大的級連增益，也就是說應該使放大器的各級都獲得最大的級連增益，也就是說應該使放大器的各級都工作于最大增益條件下。工作于最大增益條件下。l l設計原理設計原理 l所有端口輸入和輸出都應該共軛匹配。所有端口輸入和輸出都應該共軛匹配。u 多級小信號放大器設計多級小信號放大器設計 多級低噪聲放大器設計多級低噪聲放大器設計l設計目標設計目標l在滿足最低噪聲的基礎上達到最大的帶內(nèi)增益在滿足最低噪聲的基礎上達到最大的帶內(nèi)增益l設計原理設計原理l第一級采用最低噪聲設計，當?shù)谝患壍脑鲆孀銐驎r，后第一級采用最低噪聲設計，當?shù)谝患壍脑鲆孀銐驎r，后續(xù)各

23、級可采用盡可能提高增益的方法。續(xù)各級可采用盡可能提高增益的方法。l留意！留意！l在多級放大器的設計中，一定要注意版圖的布局，防止在多級放大器的設計中，一定要注意版圖的布局，防止前后級之間的串擾與耦合。前后級之間的串擾與耦合。u 大信號放大器設計大信號放大器設計l大信號放大器和小信號放大器設計的不同之處大信號放大器和小信號放大器設計的不同之處l設計參數(shù)：設計參數(shù)：l 采用大信號采用大信號 S S 參數(shù)。參數(shù)。l工作狀態(tài)：工作狀態(tài)：l 大部分為非線性狀態(tài)。大部分為非線性狀態(tài)。 l分析方法：分析方法：l 非線性分析方法非線性分析方法 u 大信號放大器設計大信號放大器設計l大信號放大器設計大信號放大器

24、設計的基本考慮的基本考慮l穩(wěn)定性穩(wěn)定性l功率電平功率電平 l增益增益 ( (線性和非線線性和非線性性) ) l效率效率 l線性特性線性特性 ( (諧波特諧波特性性) )交調(diào)交調(diào)散熱問題散熱問題動態(tài)范圍動態(tài)范圍電磁兼容設計電磁兼容設計 機械結(jié)構(gòu)機械結(jié)構(gòu)u 大信號放大器設計大信號放大器設計l大信號放大器的設計方法大信號放大器的設計方法l修正修正 S-參數(shù)法參數(shù)法 l采用小信號放大器的采用小信號放大器的S參數(shù)模型，但參數(shù)模型，但S21用大用大信號下的新參數(shù)代替信號下的新參數(shù)代替u 大信號放大器設計大信號放大器設計源和負載反射系數(shù)法源和負載反射系數(shù)法依據(jù)生產(chǎn)廠商提供的在一分貝壓縮點對應的源依據(jù)生產(chǎn)廠商

25、提供的在一分貝壓縮點對應的源反射系數(shù)、負載反射系數(shù)和輸出功率參量進行反射系數(shù)、負載反射系數(shù)和輸出功率參量進行設計設計u 大信號放大器設計大信號放大器設計l大信號放大器設計的基本概念大信號放大器設計的基本概念l 1-dB 壓縮點壓縮點: l一分貝壓縮點定義為在一分貝壓縮點定義為在POUTPIN曲線上，曲線上，功率增益相對于小信號增益值減小一分貝的點。功率增益相對于小信號增益值減小一分貝的點。它表征了放大器的非線性特性。即它表征了放大器的非線性特性。即 u 功率放大器的最小信號電平和動態(tài)范圍功率放大器的最小信號電平和動態(tài)范圍l最小信號電平最小信號電平 l放大器的最小輸入可檢測信號功率放大器的最小輸

26、入可檢測信號功率Pi,mdsPi,mds所對應的輸所對應的輸出功率出功率Po,mdsPo,mds，必須大于放大器的輸出噪聲功率。，必須大于放大器的輸出噪聲功率。l Po,mdsPo,mds定義為高于輸出噪聲功率電平定義為高于輸出噪聲功率電平 x x 分貝。分貝。 l或或u功率放大器的最小信號電平和動態(tài)范圍功率放大器的最小信號電平和動態(tài)范圍l功率放大器的動態(tài)范圍功率放大器的動態(tài)范圍l功率放大器的動態(tài)范圍定義為放大器的線性最功率放大器的動態(tài)范圍定義為放大器的線性最大輸出功率大輸出功率P1dBP1dBdBdB和最小可檢測輸出功率和最小可檢測輸出功率P0,mdsP0,mdsdBdB之差，即之差，即 o

27、例u 交調(diào)的概念交調(diào)的概念u定義定義 u當非線性網(wǎng)絡的輸入端輸入兩個以上不同頻率的當非線性網(wǎng)絡的輸入端輸入兩個以上不同頻率的正弦波信號時，如果在輸出端得到了多余頻率的正弦波信號時，如果在輸出端得到了多余頻率的輸出信號，則可以說由于網(wǎng)絡的非線性，使信號輸出信號，則可以說由于網(wǎng)絡的非線性，使信號產(chǎn)生了交調(diào)。產(chǎn)生了交調(diào)。u u 大信號放大器的交調(diào)現(xiàn)象大信號放大器的交調(diào)現(xiàn)象 考慮在放大器輸入端的兩個歸一振幅為考慮在放大器輸入端的兩個歸一振幅為1 1，不同頻率的，不同頻率的正弦信號，即正弦信號，即 在非線性放大器的輸出端，有在非線性放大器的輸出端，有即，輸出信號即，輸出信號V0(t)V0(t)不僅有原來

28、輸入信號的頻率分量不僅有原來輸入信號的頻率分量f1f1和和f2f2，同時也包含這兩個信號頻率的交調(diào)分量。，同時也包含這兩個信號頻率的交調(diào)分量。u 非線性放大器的輸出頻譜非線性放大器的輸出頻譜u 交調(diào)的分類交調(diào)的分類 a) a) 二次諧波二次諧波: 2f1, 2f2: 2f1, 2f2b) b) 三次諧波三次諧波: 3f1, 3f2: 3f1, 3f2c) c) 高階諧波高階諧波: nf1, nf2 n3: nf1, nf2 n3d) d) 二階交調(diào)二階交調(diào): f1: f1f2f2e) e) 三階交調(diào)三階交調(diào): 2f1: 2f1f2, 2f2f2, 2f2f1f1u 交調(diào)對接收系統(tǒng)的影響分析u對

29、于窄帶功率放大器，除了三階交調(diào)項即對于窄帶功率放大器，除了三階交調(diào)項即2f1-f22f1-f2和和2f2-f12f2-f1外，所有附加的頻率分量都外，所有附加的頻率分量都可以通過濾波器被濾除掉?？梢酝ㄟ^濾波器被濾除掉。u由于三階交調(diào)項落在放大器的工作帶寬之內(nèi)，由于三階交調(diào)項落在放大器的工作帶寬之內(nèi)，無法通過濾波去除。因此三階交調(diào)是衡量信號無法通過濾波去除。因此三階交調(diào)是衡量信號通過放大器失真程度的重要指標。通過放大器失真程度的重要指標。 u 三階交調(diào)與放大器動態(tài)范圍三階交調(diào)與放大器動態(tài)范圍 u 三階交調(diào)與放大器動態(tài)范圍三階交調(diào)與放大器動態(tài)范圍 o由于三階交調(diào)點比二階交調(diào)低。因此三階交由于三階交

30、調(diào)點比二階交調(diào)低。因此三階交調(diào)點決定了放大器動態(tài)范圍或帶寬的上限。調(diào)點決定了放大器動態(tài)范圍或帶寬的上限。o u 三階交調(diào)點三階交調(diào)點(TOI)(TOI)與放大器的動態(tài)范圍與放大器的動態(tài)范圍 u 三階交調(diào)點三階交調(diào)點(TOI)(TOI)與放大器的動態(tài)范圍與放大器的動態(tài)范圍三階交調(diào)點的功率三階交調(diào)點的功率 偽自由動態(tài)范圍偽自由動態(tài)范圍DRf)DRf)DRfDRf是使是使PIPPIP為零時，為零時，P0,mdsP0,mds與與Pf1Pf1的差值。可以證明當?shù)牟钪??？梢宰C明當P2f1-f2P2f1-f2等于等于P0,mdsP0,mds時，有時，有 例例u 三階交調(diào)功率的測量三階交調(diào)功率的測量 雙頻測試

31、技術(shù)雙頻測試技術(shù) 在放大器輸入端輸入兩個頻率相近、功率相等在放大器輸入端輸入兩個頻率相近、功率相等的信號。放大器的輸出端接頻譜儀，在頻譜儀的信號。放大器的輸出端接頻譜儀，在頻譜儀上直接讀出主輸出功率上直接讀出主輸出功率Pf1 dBmPf1 dBm和三階交調(diào)和三階交調(diào)輸出功率輸出功率(P2f1-f2 dBm)(P2f1-f2 dBm)，那么，那么 PIP(dBm)PIP(dBm)可以可以得到得到其中其中u 大信號條件下的源反射系數(shù)大信號條件下的源反射系數(shù)spsp和和負載反射系數(shù)負載反射系數(shù)LpLpu定義定義u晶體管的大信號源反射系數(shù)晶體管的大信號源反射系數(shù)sp sp 是指在大信號是指在大信號條件

32、下，晶體管輸入端的反射系數(shù)。條件下，晶體管輸入端的反射系數(shù)。u晶體管的大信號負載反射系數(shù)晶體管的大信號負載反射系數(shù)Lp Lp 是指在大信是指在大信號條件下，晶體管輸出端的反射系數(shù)。號條件下，晶體管輸出端的反射系數(shù)。 u 大信號源反射系數(shù)和大信號源反射系數(shù)和 負載反射系數(shù)的測量負載反射系數(shù)的測量 u 等功率線等功率線l根據(jù)測量出根據(jù)測量出SP SP 和和LPLP后后, , 我們可以得出一套我們可以得出一套大信號下的反射系數(shù)數(shù)大信號下的反射系數(shù)數(shù)據(jù)，由此可以根據(jù)相同據(jù)，由此可以根據(jù)相同的輸出功率，繪出在的輸出功率，繪出在LPLP平面上反射系數(shù)的平面上反射系數(shù)的變化曲線，以作為大信變化曲線，以作為大

33、信號設計的參考號設計的參考 u A A類大信號放大器設計類大信號放大器設計修正修正S S參數(shù)法參數(shù)法 l對于在大信號情況下工作的對于在大信號情況下工作的A A類放大器，除了類放大器，除了S21S21外，所有其它小信號外，所有其它小信號S S參數(shù)都可以作為設計參數(shù)都可以作為設計依據(jù)。而依據(jù)。而S21S21則會隨功率電平和頻率的增加而減則會隨功率電平和頻率的增加而減小，如果我們知道大信號時的小，如果我們知道大信號時的S21S21，我們就可以，我們就可以直接采用小信號放大器的設計方法，來設計直接采用小信號放大器的設計方法，來設計A A類類大信號放大器。大信號放大器。l例例 u 大信號功率放大器設計2

34、 源和負載反射系數(shù)法l設計步驟設計步驟: :l1. 1. 對于給出的輸出功率電平，在對于給出的輸出功率電平，在 Smith Smith 圓圖上繪出圓圖上繪出相應的等功率曲線。相應的等功率曲線。l2. 2. 在曲線上，選擇在曲線上，選擇 L=LP L=LP 的適當?shù)狞c。的適當?shù)狞c。l3. 3. 基于基于LpLp，計算，計算InIn。l4. 4. 對于最大增益設計對于最大增益設計sp=sp=* *ININ。l5. 5. 由由spsp和和LPLP，計算輸入和輸出匹配網(wǎng)絡，計算輸入和輸出匹配網(wǎng)絡l例例u AB AB、B B、和、和 C C 類放大器設計類放大器設計 l 設計原則設計原則l小信號的小信號的S參數(shù)不能使用，必須采用大信號參數(shù)不能使用，必須采用大信號S參數(shù)作為參數(shù)作為設計的依據(jù)。設計的依據(jù)。l器件生產(chǎn)廠商常常會提供另一套設計數(shù)據(jù)如器件生產(chǎn)廠商常常會提供另一套設計數(shù)據(jù)如sp, Lp