浙大低噪聲放大器設(shè)計(jì)講義課件

第六講低噪聲放大器設(shè)計(jì)放大器是射頻與微波電路中最基本的有源電路模塊。常用的放大器有低噪聲放大器、寬頻帶放大器和功率放大器。本課程只討論低噪聲放大器與功率放大器。本講座針對(duì)低噪聲放大器。1第六講低噪聲放大器設(shè)計(jì)放大器是射頻與微波電路中最基本的有放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度2放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度2放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度3放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度3放大器技術(shù)指標(biāo)—功率增益4放大器技術(shù)指標(biāo)—功率增益4功率增益與噪聲系數(shù)5功率增益與噪聲系數(shù)5放大器技術(shù)指標(biāo)—增益平坦度增益平坦度是指工作頻帶內(nèi)功率增益的起伏，常用最高增益與最小增益之差，即△G(dB)表示，如下圖所示。6放大器技術(shù)指標(biāo)—增益平坦度增益平坦度是指工作頻帶內(nèi)功率增益的放大器技術(shù)指標(biāo)—工作頻帶考慮到噪音系數(shù)是主要指標(biāo)，但是在寬頻帶情況下難于獲得極低噪音，所以低噪音放大器的工作頻帶一般不大寬，較多為20％上下。工作頻帶不僅是指功率增益滿足平坦度要求的頻帶范圍，而且還要求全頻帶內(nèi)噪音要滿足要求，并給出各頻點(diǎn)的噪音系數(shù)。7放大器技術(shù)指標(biāo)—工作頻帶考慮到噪音系數(shù)是主要指標(biāo)，但是在寬頻放大器技術(shù)指標(biāo)—?jiǎng)討B(tài)范圍8放大器技術(shù)指標(biāo)—?jiǎng)討B(tài)范圍8放大器技術(shù)指標(biāo)—端口駐波比和反射損耗低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪聲系數(shù)，所以輸入匹配電路是按照噪聲最佳來(lái)設(shè)計(jì)的，其結(jié)果會(huì)偏離駐波比最佳的共扼匹配狀態(tài)，因此駐波比不會(huì)很好。此外，由于微波場(chǎng)效應(yīng)晶體或雙極性晶體管，其增益特性大體上都是按每倍頻程以6dB規(guī)律隨頻率升高而下降，為了獲得工作頻帶內(nèi)平坦增益特性，在輸入匹配電路和輸出匹配電路都是無(wú)耗電抗性電路情況下，只能采用低頻段失配的方法來(lái)壓低增益，以保持帶內(nèi)增益平坦，因此端口駐波比必然是隨著頻率降低而升高。9放大器技術(shù)指標(biāo)—端口駐波比和反射損耗低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪放大器的穩(wěn)定性10放大器的穩(wěn)定性10帶有輸入、輸出匹配電路放大器的一般表示如果只關(guān)心放大器的外部特性，放大器可當(dāng)作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其輸入、輸出之間的關(guān)系可表示為式中a1、b1分別為輸入端口P1面上的歸一化入射波、反射波電壓；a2、b2分別為輸出端口P2面的歸一化入射波、反射波電壓。11帶有輸入、輸出匹配電路放大器的一般表示如果只關(guān)心放大器的外部1、增益與負(fù)載有關(guān)，輸入輸出匹配時(shí)輸出最大如果輸入匹配電路和輸出匹配電路使微波器件的輸入阻抗Zin和輸出阻抗Zout都轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)阻抗Z0，即Zin=Z0，Zout=Z0（或S=1*，L=2*）就可使器件的傳輸增益最高。在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓121、增益與負(fù)載有關(guān)，輸入輸出匹配時(shí)輸出最大在圓圖上表示噪聲和在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓2、輸入、輸出匹配時(shí)，噪聲并非最佳。相反有一定失配，才能實(shí)現(xiàn)噪聲最佳。對(duì)于MESFET（金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部噪聲源包括熱噪聲、閃爍噪聲和溝道噪聲。這幾類噪聲是相互影響的，綜合結(jié)果可歸納為本征FET柵極端口的柵極感應(yīng)噪聲和漏極端口的漏極哭聲兩個(gè)等效噪聲源。這兩個(gè)等效噪聲源也是相關(guān)的，如果FET輸入口（即P1面）有一定的失配，這樣就可以調(diào)整柵極感應(yīng)噪聲和漏極噪聲之間的相位關(guān)系，使它們?cè)谳敵龆丝谏舷嗷サ窒瑥亩档土嗽肼曄禂?shù)。對(duì)于雙極型晶體管也存在同樣機(jī)理。根據(jù)分析，為獲得最小的FET本征噪聲，從FET輸入口P1面向信源方向視入的反射系數(shù)有一個(gè)最佳值，用out表示。當(dāng)改變輸入匹配電路使呈現(xiàn)S=out此時(shí)，放大器具有最小噪聲系數(shù)Nfmin，稱為最佳噪聲匹配狀態(tài)。13在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓2、輸入、輸出匹在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓輸入、輸出不匹配時(shí)，增益將下降。因?yàn)樨?fù)載是復(fù)數(shù)，有可能在不同的負(fù)載下得到相同的輸出，經(jīng)分析在圓圖上，等增益線為一圓，這個(gè)圓叫等增益圓。當(dāng)輸入匹配電路不能使信源反射系數(shù)S和最佳反射系數(shù)opt（噪聲系數(shù)最小時(shí)的反射系數(shù)）相等時(shí)，放大器噪聲將增大。由于S是復(fù)數(shù)，不同的S值有可能得到相同的噪聲系數(shù)，在圓圖上噪聲系數(shù)等值線為一圓，叫等噪聲圓。14在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓輸入、輸出不匹配在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓等噪聲源、等增益圓是我們?cè)O(shè)計(jì)輸入輸出匹配電路，尤其輸入匹配電路的依據(jù)。15在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓等噪聲源、等增益低噪聲放大器設(shè)計(jì)的依據(jù)與步驟依據(jù)：滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)噪聲系數(shù)（或噪聲溫度）；功率增益；增益平坦度；工作頻帶；動(dòng)態(tài)范圍2. 輸入、輸出為標(biāo)準(zhǔn)微帶線，其特征阻抗均為50步驟：放大器級(jí)數(shù)晶體管選擇電路拓樸結(jié)構(gòu)電路初步設(shè)計(jì)用CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化、仿真模擬16低噪聲放大器設(shè)計(jì)的依據(jù)與步驟依據(jù)：16電路設(shè)計(jì)原則在優(yōu)先滿足噪聲小的前提下，提高電路增益，即根據(jù)輸入等增益圓、等噪聲圓，選取合適的S，作為輸入匹配電路設(shè)計(jì)依據(jù)。輸出匹配電路設(shè)計(jì)以提高放大器增益為主，

out=Z0（L=2*）滿足穩(wěn)定性條件結(jié)構(gòu)工藝上易實(shí)現(xiàn)17電路設(shè)計(jì)原則在優(yōu)先滿足噪聲小的前提下，提高電路增益，即根據(jù)輸電路設(shè)計(jì)——基本電路模塊輸入匹配電路模塊 輸出匹配電路模塊低噪聲放大器一般不止一級(jí)，還有級(jí)間匹配電路模塊。18電路設(shè)計(jì)——基本電路模塊輸入匹配電路模塊 輸出匹配電路模塊輸入匹配電路——要求要求：Zout=Zopt

out=opt19輸入匹配電路——要求要求：Zout=Zopt19輸入匹配電路——結(jié)構(gòu)類型并聯(lián)導(dǎo)納型匹配電路阻抗變換型匹配電路20輸入匹配電路——結(jié)構(gòu)類型并聯(lián)導(dǎo)納型匹配電路20微帶電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇原則（1）微波的高頻段，比如工作頻率在X波段或更高，宜選用微帶阻抗跳變式的阻抗變換器類，（2）對(duì)于微波的低頻段，例如S波段或更低端，宜選用分支微帶結(jié)構(gòu)。（3）微波管輸入阻抗為容性時(shí)，此時(shí)s11處在史密斯圓圖下半平面，匹配電路第1個(gè)微帶元件宜用電感性微帶單元；反之，當(dāng)s11處在史密斯圓圖上半平面時(shí)，宜用電容性微帶單元。（4）微波晶體管輸入總阻抗為低阻抗時(shí)，即s11處在史密斯圓圖第2、3象限，微帶變換器應(yīng)采用高特性阻抗的微帶線；反之，s11處在史密斯圓圖第1、4象限時(shí)，為高輸入阻抗，微帶變換器宜采用低特性阻抗微帶線。21微帶電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇原則（1）微波的高頻段，比如工作頻率在輸入匹配電路——電路拓樸結(jié)構(gòu)選擇原則以上介紹了微帶匹配電路的多種基本單元。應(yīng)該注意的是，實(shí)際放大器都有一定的工作頻帶，不同頻率時(shí)微波管有不同的輸入阻抗（即s11）。從理論上講，一個(gè)頻率點(diǎn)上，復(fù)數(shù)阻抗可以匹配到實(shí)數(shù)信源阻抗，而整個(gè)頻帶內(nèi)多個(gè)頻率點(diǎn)的復(fù)數(shù)阻抗不可能都匹配到實(shí)數(shù)信源阻抗。因此，上述各種匹配電路形式往往是綜合運(yùn)用的。根據(jù)上述原則，不同輸入阻抗（即不同的s11情況），微波管的適宜電路可歸納如圖6-8所示。圖中微帶線寬度表示了微帶線特性阻抗的高或低，線越寬表示特性阻抗越低。這里所指高特性阻抗是指高于50而言，反之是指低于50。圖6-8具有不同s11的微波晶體管適宜的匹配電路結(jié)構(gòu)22輸入匹配電路——電路拓樸結(jié)構(gòu)選擇原則以上介紹了微帶匹配電路的輸入匹配電路舉例23輸入匹配電路舉例23級(jí)間匹配電路—基本要求其基本任務(wù)是使后級(jí)微波管輸入阻抗與前級(jí)微波管輸出阻抗匹配，以獲得較大增益。在達(dá)到級(jí)間共軛匹配時(shí)應(yīng)有Zin=ZT1*Zout=ZT2*圖6-10放大器的級(jí)間匹配電路由于級(jí)間匹配電路是電抗性匹配，它的輸入和輸出必然同時(shí)達(dá)到共軛匹配。如果級(jí)間電路是第1級(jí)微波管后面的電路，除了增益匹配之外，對(duì)它還有兩個(gè)要求：（1）按低噪聲設(shè)計(jì)，使第2級(jí)要有足夠低的噪聲（2）要兼顧第1級(jí)輸入駐波比。24級(jí)間匹配電路—基本要求其基本任務(wù)是使后級(jí)微波管輸入阻抗與前級(jí)級(jí)間匹配電路—第二級(jí)按低嗓聲設(shè)計(jì)第二級(jí)按低噪聲設(shè)計(jì)，使第2級(jí)要有足夠低的噪聲隨著技術(shù)的進(jìn)步，第一級(jí)微波放大的噪聲越來(lái)越低。相對(duì)來(lái)說(shuō)，第2級(jí)噪聲對(duì)整機(jī)的噪聲附加值愈加突出。舉例來(lái)看，具體參數(shù)是：第1級(jí)噪聲溫度 T1=25K（FdB=0.36dB）第1級(jí)相關(guān)增益 G1=12（G=11dB）第2級(jí)噪聲溫度 T2=120K（FdB=1.5dB）整機(jī)噪聲溫度 T=25+120/12=35K這時(shí)整機(jī)噪聲溫度增大10K，即增大了40%。若第2級(jí)按低噪聲設(shè)計(jì)，使T2'=40K，整機(jī)噪聲溫度T'=25+40/12=28.3K，此時(shí)整機(jī)噪聲溫度僅增大3.3K。因此，對(duì)于要求較高的低噪聲放大器，必須第2級(jí)也按低噪聲設(shè)計(jì)。25級(jí)間匹配電路—第二級(jí)按低嗓聲設(shè)計(jì)第二級(jí)按低噪聲設(shè)計(jì)，使第2級(jí)級(jí)間匹配電路—第二級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)兼顧第1級(jí)輸入駐波比第1級(jí)設(shè)計(jì)在最佳噪聲匹配狀態(tài)下，放大器輸入駐波比一定不很好。利用微波管反向傳輸系數(shù)s12有可能適當(dāng)調(diào)正第1微波管的輸入反射系數(shù)o1，見(jiàn)圖6-10中標(biāo)注。反射系數(shù)o1是式中，1=(Zin-Z0)/(Zin+Z0)是級(jí)間匹配電路輸入反射系數(shù)；Z0=50。在級(jí)間匹配電路設(shè)計(jì)時(shí)，使之略有失配，1的變化將改變o1（公式6.27），而o1又將引起放大器輸入駐波比的變化。只要得到合適的o1，即可適當(dāng)改善放大器輸入駐波比。但也應(yīng)該知道，通過(guò)s12的反饋，由于受到相位和衰減影響，僅能對(duì)放大器駐波比略有改善，不可能改善很多。26級(jí)間匹配電路—第二級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)兼顧第1級(jí)輸入駐波比第1級(jí)設(shè)計(jì)在最級(jí)間匹配電路—典型的幾種級(jí)間匹配電路27級(jí)間匹配電路—典型的幾種級(jí)間匹配電路27輸出匹配電路—基本要求輸出匹配電路的基本任務(wù)是把微波管復(fù)數(shù)輸出阻抗匹配到負(fù)載實(shí)數(shù)阻抗50。圖6-12放大器輸出匹配電路輸出匹配電路應(yīng)解決的目標(biāo)有以下幾項(xiàng)。1、提高增益2、改善整機(jī)增益平坦度3、滿足放大器輸出駐波比4、發(fā)送放大器穩(wěn)定性28輸出匹配電路—基本要求輸出匹配電路的基本任28輸出匹配電路—提高增益輸出電路和輸入電路的區(qū)別僅是右端為實(shí)數(shù)負(fù)載，只要把圖6-7和圖6-6中的匹配單元倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)使用即可。由于放大器具有一定寬度的工作頻帶，不可能全頻帶內(nèi)都達(dá)到共軛匹配，尤其是對(duì)于存在潛在不穩(wěn)定的微波管更不可能達(dá)到共軛匹配。因此輸出匹配電路設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在保持穩(wěn)定的前提下有盡可能高的增益。低噪聲放大器總增益至少要大于30dB，才能抑制掉后級(jí)電路設(shè)備噪聲的影響。有時(shí)低噪聲放大器后接數(shù)十米長(zhǎng)電纜或后級(jí)設(shè)備噪聲很大，尤其在整機(jī)噪聲要求嚴(yán)格時(shí)，總增益要求都在40~50dB以上。當(dāng)輸出電路與微波管達(dá)到共軛匹配時(shí)，即Zin=ZT*時(shí)，功率增益最高。電路結(jié)構(gòu)形式可參見(jiàn)輸入電路基本單元圖6-8和圖6-9。29輸出匹配電路—提高增益輸出電路和輸入電路的區(qū)別僅是右端為實(shí)數(shù)輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度微波晶體管的自身增益都是隨頻率升高而下降，下降比例大體上是每倍頻程下降6dB。放大器前兩級(jí)的主要目標(biāo)是最佳噪聲匹配，因此頻帶內(nèi)功率增益隨頻率變化曲線是向右下傾斜，因而末級(jí)放大增益特性曲線必須向右上傾斜才能彌補(bǔ)整個(gè)放大器增益的不平度。如果增益不平度較大，而且末級(jí)還要照顧到駐波比指標(biāo)，這就需要兩級(jí)甚至三級(jí)才能校正前級(jí)增益的下跌傾斜。這就是低噪聲放大器經(jīng)常包含4級(jí)或5級(jí)的原因。其實(shí)，如果只有噪聲這一項(xiàng)要求，放大器增益為40~50dB時(shí)，后級(jí)噪聲影響已完全不存在了。但是，為了增益平坦，必須級(jí)數(shù)較多，這時(shí)總增益可能要高達(dá)60~70dB。30輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度微波晶體管的自身增益都是隨頻輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度圖6-13（b）中的虛線是未加陷波電路時(shí)的頻帶特性，實(shí)線是加陷波器以后的頻帶特性。陷波電路只能適當(dāng)調(diào)整頻帶形狀，它是電抗性單元，只能用于末級(jí)或末前級(jí)，不能用于前級(jí)。若用于前級(jí)，相位不合適時(shí)，會(huì)使輸入駐波比變壞，甚至放大器不穩(wěn)定。圖6-13陷波電路（a）陷波電路；（b）幅頻特性的改善。為獲得良好頻帶特性，有時(shí)要加陷波電路或吸收電路，如圖6-13所示。陷波電路就是一段g/4的終端開(kāi)路微帶線，并聯(lián)在輸出電路任意處，見(jiàn)圖6-13（a）；l是待吸收頻率的波長(zhǎng)。31輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度圖6-13（b）中的虛線是未輸出匹配電路—滿足放大器輸出駐波比輸出駐波比的指標(biāo)主要是靠輸出匹配電路解決。一般的微波管s22比s11要小些，所以比較容易達(dá)到良好匹配。匹配完善時(shí)，輸出駐波比很小，但增益又成為向右上傾斜，因此要兼顧這兩項(xiàng)指標(biāo)。如果是5級(jí)放大器，末級(jí)可以只考慮駐波比，而增益平坦度指標(biāo)由末前2級(jí)承擔(dān)。32輸出匹配電路—滿足放大器輸出駐波比輸出駐波比的指標(biāo)主要是靠輸輸出匹配電路—改善放大器穩(wěn)定性通過(guò)對(duì)R阻值和分支微帶特性阻抗Zr的調(diào)整，可以控制頻帶形狀和對(duì)增益壓縮的大小，這樣就能使傾斜增益得以校正，而且對(duì)帶外增益抑制更多。由于有阻性損耗，就比純電抗匹配法對(duì)駐波比的影響小，更有利于改善輸出駐波比。有耗網(wǎng)絡(luò)匹配方法，將對(duì)放大電路引入電阻熱噪聲，因此只能用于輸出電路，不能用于前級(jí)。圖6-14用有耗匹配電路改善穩(wěn)定性前述匹配電路大都是電抗性匹配。如果加入電阻就形成有耗匹配，例如圖6-14所示。在主微帶線上并聯(lián)電阻R，電阻R后面再接一段u/4的微帶線，微帶線終端通過(guò)電容C構(gòu)成微波接地。u是頻帶內(nèi)高端頻率fu的波長(zhǎng)。在頻率fu時(shí)，由于u/4的作用，電阻無(wú)損耗；在頻率低于fu時(shí)，相當(dāng)于在主線上并聯(lián)一個(gè)包含電阻損耗的分支電路。頻率偏離fu越多，損耗越大，增益就越低。33輸出匹配電路—改善放大器穩(wěn)定性通過(guò)對(duì)R阻值和分支微帶特性阻抗放大器整體電路圖6-15給出一個(gè)完整的C波段低噪聲放大器微波電路。為了便于分析，圖中未畫(huà)出偏置電壓的引線和電源部分的電阻電容元件。圖6-15四級(jí)低噪聲放大器微帶電路第1級(jí)FET按最佳噪聲要求設(shè)計(jì)。第2級(jí)也是最佳噪聲設(shè)計(jì)。第3級(jí)和第4級(jí)用直接移相線段作級(jí)間匹配電路。34放大器整體電路圖6-15給出一個(gè)完整的C波段低噪聲放大器微波放大器整體電路—微帶電路部分第1級(jí)FET按最佳噪聲要求設(shè)計(jì)。為了改善穩(wěn)定性，在FET的兩個(gè)源極和地之間各串聯(lián)一段微帶線構(gòu)成串聯(lián)負(fù)反饋。負(fù)反饋微帶接地方式是在基片上打孔，基片是聚四氟乙烯纖維板，孔壁金屬化后與底面金屬地層接通。柵偏壓由扇線短路點(diǎn)引入，短路點(diǎn)上焊裝了穩(wěn)定電阻，用以抑制頻帶外過(guò)高增益，增加放大器的穩(wěn)定性。主微帶線兩側(cè)各加有一排方形小塊，是微調(diào)小島?？捎煤稿a把一部分小島聯(lián)通，用以改變主微帶線寬度。微調(diào)小島一般置于電路敏感度高的地方，可用來(lái)微調(diào)電路，從而可補(bǔ)償有源元件和焊裝的工藝參數(shù)離散性。第2級(jí)也是最佳噪聲設(shè)計(jì)。第1級(jí)和第2級(jí)之間用兩個(gè)分支電路進(jìn)行匹配。第2級(jí)FET也加了源極串聯(lián)負(fù)反饋。兩根細(xì)微帶都是偏置電流引入線。開(kāi)路分支頂端有一排小島，可用來(lái)微調(diào)分支微帶長(zhǎng)度。第3級(jí)和第4級(jí)用直接移相線段作級(jí)間匹配電路。這兩級(jí)采用另一種型號(hào)的FET，未加負(fù)反饋。電路中的橫向縫隙是直流斷開(kāi)點(diǎn)，用于焊裝隔直流電容器。C波段隔直流電容常用20~100pF片式電容器。電容器在焊裝前都要用微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量其微波S參數(shù)，以確保隔直流電容器在工作頻段內(nèi)損耗足夠小。35放大器整體電路—微帶電路部分第1級(jí)FET按最佳噪聲要求設(shè)計(jì)。放大器整體電路—偏壓供電電路部分圖6-16是該放大器電原理電路，對(duì)低頻和直流供電電路來(lái)說(shuō)，微帶線呈直通特性。本電路采用雙電源供電。所謂雙電源是指漏極正電壓和柵極負(fù)電壓分別由正壓和負(fù)壓兩個(gè)電源供電。外加電源15V，經(jīng)1N4001保護(hù)二極管，用集成穩(wěn)壓塊M1（此處為7805）獲得穩(wěn)定電壓正5V。分別經(jīng)Rd1、Rd2、Rd3、Rd4降壓后加到4個(gè)FET的漏極。在微帶電路上是加在偏置微帶線的零電位點(diǎn)，使之不影響微波電路。調(diào)整各個(gè)Rd即分別控制了各FET的漏極電壓。通常低噪聲MESFET漏極工作電壓為3V，電流為10Ma；HEMT的漏極電壓為2V。36放大器整體電路—偏壓供電電路部分圖6-16是該放大器電原理電放大器整體電路—偏壓供電電路部分Rg1、Rg2、Rg3、Rg4是調(diào)整低噪聲放大器的重要元件。微帶電路制作好了以后，較難調(diào)整。如果用CAD軟件經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)的電路，有時(shí)微帶電路元件無(wú)需調(diào)整。這時(shí)微波管的直流工作點(diǎn)就成了唯一可調(diào)參數(shù)。改變各個(gè)電阻Rg就可以改變各微波管的直流工作點(diǎn)，從而改變了微波管S參數(shù)，使放大器得以微調(diào)。柵負(fù)壓減低時(shí)（向更負(fù)電壓方向調(diào)整），漏極電流減小，F(xiàn)ET的s21下降，增益下降。同時(shí)，由于改變工作點(diǎn)電流時(shí)s11和s22也都有變化，因此Rg可以對(duì)增益平坦度和噪聲特性都能進(jìn)行有效調(diào)整。穩(wěn)壓塊M1輸出的正5V電壓經(jīng)倒置穩(wěn)壓塊M2變換成負(fù)5V。分別經(jīng)Rg1、Rg2、Rg3、Rg4和820電阻分壓后供給各微波管柵極負(fù)電壓。低噪聲微波FET柵負(fù)壓一般是–1V左右，柵極電流可認(rèn)為是零。對(duì)于雙極型微波晶體管，有基極電流但也不大。37放大器整體電路—偏壓供電電路部分Rg1、Rg2、Rg3、Rg放大器整體電路—偏壓供電電路部分 圖6-17放大器自生偏壓電路微波管源極串接電阻R和電容C之后接地。電容C對(duì)微波短路。電阻R上的負(fù)電壓通過(guò)輸入匹配電路接地T分支微帶加到柵極。盡管R和C都用微型片式元件，形式雖小但仍然有一定尺寸，而且焊接點(diǎn)也不可能緊貼微波管殼，這就相當(dāng)于存在串聯(lián)微帶式的負(fù)反饋。此外電容的接地不良還會(huì)引起電阻性負(fù)反饋。自生偏壓供電方式電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)噪聲有一定影響。單電源供電一般用于較低微波段，以及對(duì)噪聲指標(biāo)要求不太嚴(yán)格的放大器。有些放大器采用單電源供電，即外電源只提供一組正電壓。柵極負(fù)電壓由源極自偏置電路產(chǎn)生，如圖6-17所示。38放大器整體電路—偏壓供電電路部分 圖6低噪聲放大器版圖示例圖6-18是光刻工藝完成的原始電路板，尚未焊裝FET和直流供電電路元件。白色是微帶線條，各黑色小點(diǎn)是通孔，孔壁金屬化與地板導(dǎo)通。主微帶電路正中部位的縫隙處焊接微型隔直流電容，左右兩個(gè)正方小空間焊裝微波晶體管。圖6-18低噪聲放大器微帶版圖實(shí)例圖6-18給出了一個(gè)兩級(jí)低噪聲放大器微帶版圖實(shí)例。此放大器用于微波中繼通信站接收設(shè)備前端，頻率為f=3.7~4.2GHz；包含鐵氧體器損耗的噪聲系數(shù)為1dB；功率增益G=230.5dB。39低噪聲放大器版圖示例圖6-18是光刻工藝完成的原始電路板，尚放大器外盒與機(jī)械結(jié)構(gòu)盒體常用鋁合金整體壓鑄造成形，單件試制時(shí)有時(shí)用鋁材銑挖成盒。盒內(nèi)寬度A是個(gè)關(guān)鍵尺寸，必須滿足式中H是工作頻段高端頻率的波長(zhǎng)。為進(jìn)一步減小每級(jí)之間的耦合，各級(jí)之間加有金屬隔板，隔板置于微波管的位置上，隔板下面有凹槽，騎在微波管上。為滿足公式（6-29），在頻率較高時(shí)，盒體寬度可能很小，此時(shí)偏置電路將無(wú)處安置。一種方式是把偏置電路阻容元件放置在微帶基板反面；另一種方式如圖6-20所示。微帶電路設(shè)計(jì)在槽寬為A的內(nèi)盒中，寬度A滿足截止波導(dǎo)公式（6-29）的要求。在寬度為B的兩條外側(cè)盒槽中設(shè)置偏壓電路各元件，饋電引線可在中間縱向隔板開(kāi)槽孔或用穿心電容引入。圖6-19微波放大器盒體結(jié)構(gòu) 圖6-20微帶放大器屏蔽盒的一種形式盒體上蓋與盒體之間夾有一層或兩層金屬網(wǎng)，以保證上蓋與盒體邊框的緊密接觸。40放大器外盒與機(jī)械結(jié)構(gòu)盒體常用鋁合金整體壓鑄造成形，單件試制時(shí)用ADS軟件設(shè)計(jì)低噪聲放大器41用ADS軟件設(shè)計(jì)低噪聲放大器41第六講低噪聲放大器設(shè)計(jì)放大器是射頻與微波電路中最基本的有源電路模塊。常用的放大器有低噪聲放大器、寬頻帶放大器和功率放大器。本課程只討論低噪聲放大器與功率放大器。本講座針對(duì)低噪聲放大器。42第六講低噪聲放大器設(shè)計(jì)放大器是射頻與微波電路中最基本的有放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度43放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度2放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度44放大器技術(shù)指標(biāo)—噪聲系數(shù)與噪聲溫度3放大器技術(shù)指標(biāo)—功率增益45放大器技術(shù)指標(biāo)—功率增益4功率增益與噪聲系數(shù)46功率增益與噪聲系數(shù)5放大器技術(shù)指標(biāo)—增益平坦度增益平坦度是指工作頻帶內(nèi)功率增益的起伏，常用最高增益與最小增益之差，即△G(dB)表示，如下圖所示。47放大器技術(shù)指標(biāo)—增益平坦度增益平坦度是指工作頻帶內(nèi)功率增益的放大器技術(shù)指標(biāo)—工作頻帶考慮到噪音系數(shù)是主要指標(biāo)，但是在寬頻帶情況下難于獲得極低噪音，所以低噪音放大器的工作頻帶一般不大寬，較多為20％上下。工作頻帶不僅是指功率增益滿足平坦度要求的頻帶范圍，而且還要求全頻帶內(nèi)噪音要滿足要求，并給出各頻點(diǎn)的噪音系數(shù)。48放大器技術(shù)指標(biāo)—工作頻帶考慮到噪音系數(shù)是主要指標(biāo)，但是在寬頻放大器技術(shù)指標(biāo)—?jiǎng)討B(tài)范圍49放大器技術(shù)指標(biāo)—?jiǎng)討B(tài)范圍8放大器技術(shù)指標(biāo)—端口駐波比和反射損耗低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪聲系數(shù)，所以輸入匹配電路是按照噪聲最佳來(lái)設(shè)計(jì)的，其結(jié)果會(huì)偏離駐波比最佳的共扼匹配狀態(tài)，因此駐波比不會(huì)很好。此外，由于微波場(chǎng)效應(yīng)晶體或雙極性晶體管，其增益特性大體上都是按每倍頻程以6dB規(guī)律隨頻率升高而下降，為了獲得工作頻帶內(nèi)平坦增益特性，在輸入匹配電路和輸出匹配電路都是無(wú)耗電抗性電路情況下，只能采用低頻段失配的方法來(lái)壓低增益，以保持帶內(nèi)增益平坦，因此端口駐波比必然是隨著頻率降低而升高。50放大器技術(shù)指標(biāo)—端口駐波比和反射損耗低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪放大器的穩(wěn)定性51放大器的穩(wěn)定性10帶有輸入、輸出匹配電路放大器的一般表示如果只關(guān)心放大器的外部特性，放大器可當(dāng)作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其輸入、輸出之間的關(guān)系可表示為式中a1、b1分別為輸入端口P1面上的歸一化入射波、反射波電壓；a2、b2分別為輸出端口P2面的歸一化入射波、反射波電壓。52帶有輸入、輸出匹配電路放大器的一般表示如果只關(guān)心放大器的外部1、增益與負(fù)載有關(guān)，輸入輸出匹配時(shí)輸出最大如果輸入匹配電路和輸出匹配電路使微波器件的輸入阻抗Zin和輸出阻抗Zout都轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)阻抗Z0，即Zin=Z0，Zout=Z0（或S=1*，L=2*）就可使器件的傳輸增益最高。在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓531、增益與負(fù)載有關(guān)，輸入輸出匹配時(shí)輸出最大在圓圖上表示噪聲和在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓2、輸入、輸出匹配時(shí)，噪聲并非最佳。相反有一定失配，才能實(shí)現(xiàn)噪聲最佳。對(duì)于MESFET（金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部噪聲源包括熱噪聲、閃爍噪聲和溝道噪聲。這幾類噪聲是相互影響的，綜合結(jié)果可歸納為本征FET柵極端口的柵極感應(yīng)噪聲和漏極端口的漏極哭聲兩個(gè)等效噪聲源。這兩個(gè)等效噪聲源也是相關(guān)的，如果FET輸入口（即P1面）有一定的失配，這樣就可以調(diào)整柵極感應(yīng)噪聲和漏極噪聲之間的相位關(guān)系，使它們?cè)谳敵龆丝谏舷嗷サ窒瑥亩档土嗽肼曄禂?shù)。對(duì)于雙極型晶體管也存在同樣機(jī)理。根據(jù)分析，為獲得最小的FET本征噪聲，從FET輸入口P1面向信源方向視入的反射系數(shù)有一個(gè)最佳值，用out表示。當(dāng)改變輸入匹配電路使呈現(xiàn)S=out此時(shí)，放大器具有最小噪聲系數(shù)Nfmin，稱為最佳噪聲匹配狀態(tài)。54在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓2、輸入、輸出匹在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓輸入、輸出不匹配時(shí)，增益將下降。因?yàn)樨?fù)載是復(fù)數(shù)，有可能在不同的負(fù)載下得到相同的輸出，經(jīng)分析在圓圖上，等增益線為一圓，這個(gè)圓叫等增益圓。當(dāng)輸入匹配電路不能使信源反射系數(shù)S和最佳反射系數(shù)opt（噪聲系數(shù)最小時(shí)的反射系數(shù)）相等時(shí)，放大器噪聲將增大。由于S是復(fù)數(shù)，不同的S值有可能得到相同的噪聲系數(shù)，在圓圖上噪聲系數(shù)等值線為一圓，叫等噪聲圓。55在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓輸入、輸出不匹配在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓等噪聲源、等增益圓是我們?cè)O(shè)計(jì)輸入輸出匹配電路，尤其輸入匹配電路的依據(jù)。56在圓圖上表示噪聲和增益——等噪聲圓和等增益圓等噪聲源、等增益低噪聲放大器設(shè)計(jì)的依據(jù)與步驟依據(jù)：滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)噪聲系數(shù)（或噪聲溫度）；功率增益；增益平坦度；工作頻帶；動(dòng)態(tài)范圍2. 輸入、輸出為標(biāo)準(zhǔn)微帶線，其特征阻抗均為50步驟：放大器級(jí)數(shù)晶體管選擇電路拓樸結(jié)構(gòu)電路初步設(shè)計(jì)用CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化、仿真模擬57低噪聲放大器設(shè)計(jì)的依據(jù)與步驟依據(jù)：16電路設(shè)計(jì)原則在優(yōu)先滿足噪聲小的前提下，提高電路增益，即根據(jù)輸入等增益圓、等噪聲圓，選取合適的S，作為輸入匹配電路設(shè)計(jì)依據(jù)。輸出匹配電路設(shè)計(jì)以提高放大器增益為主，

out=Z0（L=2*）滿足穩(wěn)定性條件結(jié)構(gòu)工藝上易實(shí)現(xiàn)58電路設(shè)計(jì)原則在優(yōu)先滿足噪聲小的前提下，提高電路增益，即根據(jù)輸電路設(shè)計(jì)——基本電路模塊輸入匹配電路模塊 輸出匹配電路模塊低噪聲放大器一般不止一級(jí)，還有級(jí)間匹配電路模塊。59電路設(shè)計(jì)——基本電路模塊輸入匹配電路模塊 輸出匹配電路模塊輸入匹配電路——要求要求：Zout=Zopt

out=opt60輸入匹配電路——要求要求：Zout=Zopt19輸入匹配電路——結(jié)構(gòu)類型并聯(lián)導(dǎo)納型匹配電路阻抗變換型匹配電路61輸入匹配電路——結(jié)構(gòu)類型并聯(lián)導(dǎo)納型匹配電路20微帶電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇原則（1）微波的高頻段，比如工作頻率在X波段或更高，宜選用微帶阻抗跳變式的阻抗變換器類，（2）對(duì)于微波的低頻段，例如S波段或更低端，宜選用分支微帶結(jié)構(gòu)。（3）微波管輸入阻抗為容性時(shí)，此時(shí)s11處在史密斯圓圖下半平面，匹配電路第1個(gè)微帶元件宜用電感性微帶單元；反之，當(dāng)s11處在史密斯圓圖上半平面時(shí)，宜用電容性微帶單元。（4）微波晶體管輸入總阻抗為低阻抗時(shí)，即s11處在史密斯圓圖第2、3象限，微帶變換器應(yīng)采用高特性阻抗的微帶線；反之，s11處在史密斯圓圖第1、4象限時(shí)，為高輸入阻抗，微帶變換器宜采用低特性阻抗微帶線。62微帶電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇原則（1）微波的高頻段，比如工作頻率在輸入匹配電路——電路拓樸結(jié)構(gòu)選擇原則以上介紹了微帶匹配電路的多種基本單元。應(yīng)該注意的是，實(shí)際放大器都有一定的工作頻帶，不同頻率時(shí)微波管有不同的輸入阻抗（即s11）。從理論上講，一個(gè)頻率點(diǎn)上，復(fù)數(shù)阻抗可以匹配到實(shí)數(shù)信源阻抗，而整個(gè)頻帶內(nèi)多個(gè)頻率點(diǎn)的復(fù)數(shù)阻抗不可能都匹配到實(shí)數(shù)信源阻抗。因此，上述各種匹配電路形式往往是綜合運(yùn)用的。根據(jù)上述原則，不同輸入阻抗（即不同的s11情況），微波管的適宜電路可歸納如圖6-8所示。圖中微帶線寬度表示了微帶線特性阻抗的高或低，線越寬表示特性阻抗越低。這里所指高特性阻抗是指高于50而言，反之是指低于50。圖6-8具有不同s11的微波晶體管適宜的匹配電路結(jié)構(gòu)63輸入匹配電路——電路拓樸結(jié)構(gòu)選擇原則以上介紹了微帶匹配電路的輸入匹配電路舉例64輸入匹配電路舉例23級(jí)間匹配電路—基本要求其基本任務(wù)是使后級(jí)微波管輸入阻抗與前級(jí)微波管輸出阻抗匹配，以獲得較大增益。在達(dá)到級(jí)間共軛匹配時(shí)應(yīng)有Zin=ZT1*Zout=ZT2*圖6-10放大器的級(jí)間匹配電路由于級(jí)間匹配電路是電抗性匹配，它的輸入和輸出必然同時(shí)達(dá)到共軛匹配。如果級(jí)間電路是第1級(jí)微波管后面的電路，除了增益匹配之外，對(duì)它還有兩個(gè)要求：（1）按低噪聲設(shè)計(jì)，使第2級(jí)要有足夠低的噪聲（2）要兼顧第1級(jí)輸入駐波比。65級(jí)間匹配電路—基本要求其基本任務(wù)是使后級(jí)微波管輸入阻抗與前級(jí)級(jí)間匹配電路—第二級(jí)按低嗓聲設(shè)計(jì)第二級(jí)按低噪聲設(shè)計(jì)，使第2級(jí)要有足夠低的噪聲隨著技術(shù)的進(jìn)步，第一級(jí)微波放大的噪聲越來(lái)越低。相對(duì)來(lái)說(shuō)，第2級(jí)噪聲對(duì)整機(jī)的噪聲附加值愈加突出。舉例來(lái)看，具體參數(shù)是：第1級(jí)噪聲溫度 T1=25K（FdB=0.36dB）第1級(jí)相關(guān)增益 G1=12（G=11dB）第2級(jí)噪聲溫度 T2=120K（FdB=1.5dB）整機(jī)噪聲溫度 T=25+120/12=35K這時(shí)整機(jī)噪聲溫度增大10K，即增大了40%。若第2級(jí)按低噪聲設(shè)計(jì)，使T2'=40K，整機(jī)噪聲溫度T'=25+40/12=28.3K，此時(shí)整機(jī)噪聲溫度僅增大3.3K。因此，對(duì)于要求較高的低噪聲放大器，必須第2級(jí)也按低噪聲設(shè)計(jì)。66級(jí)間匹配電路—第二級(jí)按低嗓聲設(shè)計(jì)第二級(jí)按低噪聲設(shè)計(jì)，使第2級(jí)級(jí)間匹配電路—第二級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)兼顧第1級(jí)輸入駐波比第1級(jí)設(shè)計(jì)在最佳噪聲匹配狀態(tài)下，放大器輸入駐波比一定不很好。利用微波管反向傳輸系數(shù)s12有可能適當(dāng)調(diào)正第1微波管的輸入反射系數(shù)o1，見(jiàn)圖6-10中標(biāo)注。反射系數(shù)o1是式中，1=(Zin-Z0)/(Zin+Z0)是級(jí)間匹配電路輸入反射系數(shù)；Z0=50。在級(jí)間匹配電路設(shè)計(jì)時(shí)，使之略有失配，1的變化將改變o1（公式6.27），而o1又將引起放大器輸入駐波比的變化。只要得到合適的o1，即可適當(dāng)改善放大器輸入駐波比。但也應(yīng)該知道，通過(guò)s12的反饋，由于受到相位和衰減影響，僅能對(duì)放大器駐波比略有改善，不可能改善很多。67級(jí)間匹配電路—第二級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)兼顧第1級(jí)輸入駐波比第1級(jí)設(shè)計(jì)在最級(jí)間匹配電路—典型的幾種級(jí)間匹配電路68級(jí)間匹配電路—典型的幾種級(jí)間匹配電路27輸出匹配電路—基本要求輸出匹配電路的基本任務(wù)是把微波管復(fù)數(shù)輸出阻抗匹配到負(fù)載實(shí)數(shù)阻抗50。圖6-12放大器輸出匹配電路輸出匹配電路應(yīng)解決的目標(biāo)有以下幾項(xiàng)。1、提高增益2、改善整機(jī)增益平坦度3、滿足放大器輸出駐波比4、發(fā)送放大器穩(wěn)定性69輸出匹配電路—基本要求輸出匹配電路的基本任28輸出匹配電路—提高增益輸出電路和輸入電路的區(qū)別僅是右端為實(shí)數(shù)負(fù)載，只要把圖6-7和圖6-6中的匹配單元倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)使用即可。由于放大器具有一定寬度的工作頻帶，不可能全頻帶內(nèi)都達(dá)到共軛匹配，尤其是對(duì)于存在潛在不穩(wěn)定的微波管更不可能達(dá)到共軛匹配。因此輸出匹配電路設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在保持穩(wěn)定的前提下有盡可能高的增益。低噪聲放大器總增益至少要大于30dB，才能抑制掉后級(jí)電路設(shè)備噪聲的影響。有時(shí)低噪聲放大器后接數(shù)十米長(zhǎng)電纜或后級(jí)設(shè)備噪聲很大，尤其在整機(jī)噪聲要求嚴(yán)格時(shí)，總增益要求都在40~50dB以上。當(dāng)輸出電路與微波管達(dá)到共軛匹配時(shí)，即Zin=ZT*時(shí)，功率增益最高。電路結(jié)構(gòu)形式可參見(jiàn)輸入電路基本單元圖6-8和圖6-9。70輸出匹配電路—提高增益輸出電路和輸入電路的區(qū)別僅是右端為實(shí)數(shù)輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度微波晶體管的自身增益都是隨頻率升高而下降，下降比例大體上是每倍頻程下降6dB。放大器前兩級(jí)的主要目標(biāo)是最佳噪聲匹配，因此頻帶內(nèi)功率增益隨頻率變化曲線是向右下傾斜，因而末級(jí)放大增益特性曲線必須向右上傾斜才能彌補(bǔ)整個(gè)放大器增益的不平度。如果增益不平度較大，而且末級(jí)還要照顧到駐波比指標(biāo)，這就需要兩級(jí)甚至三級(jí)才能校正前級(jí)增益的下跌傾斜。這就是低噪聲放大器經(jīng)常包含4級(jí)或5級(jí)的原因。其實(shí)，如果只有噪聲這一項(xiàng)要求，放大器增益為40~50dB時(shí)，后級(jí)噪聲影響已完全不存在了。但是，為了增益平坦，必須級(jí)數(shù)較多，這時(shí)總增益可能要高達(dá)60~70dB。71輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度微波晶體管的自身增益都是隨頻輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度圖6-13（b）中的虛線是未加陷波電路時(shí)的頻帶特性，實(shí)線是加陷波器以后的頻帶特性。陷波電路只能適當(dāng)調(diào)整頻帶形狀，它是電抗性單元，只能用于末級(jí)或末前級(jí)，不能用于前級(jí)。若用于前級(jí)，相位不合適時(shí)，會(huì)使輸入駐波比變壞，甚至放大器不穩(wěn)定。圖6-13陷波電路（a）陷波電路；（b）幅頻特性的改善。為獲得良好頻帶特性，有時(shí)要加陷波電路或吸收電路，如圖6-13所示。陷波電路就是一段g/4的終端開(kāi)路微帶線，并聯(lián)在輸出電路任意處，見(jiàn)圖6-13（a）；l是待吸收頻率的波長(zhǎng)。72輸出匹配電路—改善整機(jī)增益平坦度圖6-13（b）中的虛線是未輸出匹配電路—滿足放大器輸出駐波比輸出駐波比的指標(biāo)主要是靠輸出匹配電路解決。一般的微波管s22比s11要小些，所以比較容易達(dá)到良好匹配。匹配完善時(shí)，輸出駐波比很小，但增益又成為向右上傾斜，因此要兼顧這兩項(xiàng)指標(biāo)。如果是5級(jí)放大器，末級(jí)可以只考慮駐波比，而增益平坦度指標(biāo)由末前2級(jí)承擔(dān)。73輸出匹配電路—滿足放大器輸出駐波比輸出駐波比的指標(biāo)主要是靠輸輸出匹配電路—改善放大器穩(wěn)定性通過(guò)對(duì)R阻值和分支微帶特性阻抗Zr的調(diào)整，可以控制頻帶形狀和對(duì)增益壓縮的大小，這樣就能使傾斜增益得以校正，而且對(duì)帶外增益抑制更多。由于有阻性損耗，就比純電抗匹配法對(duì)駐波比的影響小，更有利于改善輸出駐波比。有耗網(wǎng)絡(luò)匹配方法，將對(duì)放大電路引入電阻熱噪聲，因此只能用于輸出電路，不能用于前級(jí)。圖6-14用有耗匹配電路改善穩(wěn)定性前述匹配電路大都是電抗性匹配。如果加入電阻就形成有耗匹配，例如圖6-14所示。在主微帶線上并聯(lián)電阻R，電阻R后面再接一段u/4的微帶線，微帶線終端通過(guò)電容C構(gòu)成微波接地。u是頻帶內(nèi)高端頻率fu的波長(zhǎng)。在頻率fu時(shí)，由于u/4的作用，電阻無(wú)損耗；在頻率低于fu時(shí)，相當(dāng)于在主線上并聯(lián)一個(gè)包含電阻損耗的分支電路。頻率偏離fu越多，損耗越大，增益就越低。74輸出匹配電路—改善放大器穩(wěn)定性通過(guò)對(duì)R阻值和分支微帶特性阻抗放大器整體電路圖6-15給出一個(gè)完整的C波段低噪聲放大器微波電路。為了便于分析，圖中未畫(huà)出偏置電壓的引線和電源部分的電阻電容元件。圖6-15四級(jí)低噪聲放大器微帶電路第1級(jí)FET按最佳噪聲要求設(shè)計(jì)。第2級(jí)也是最佳噪聲設(shè)計(jì)。第3級(jí)和第4級(jí)用直接移相線段作級(jí)間匹配電路。75放大器整體電路圖6-15給出一個(gè)完整的C波段低噪聲放大器微波放大器整體電路—微帶電路部分第1級(jí)FET按最佳噪聲要求設(shè)計(jì)。為了改善穩(wěn)定性，在FET的兩個(gè)源極和地之間各串聯(lián)一段微帶線構(gòu)成串聯(lián)負(fù)反饋。負(fù)反饋微帶接地方式是在基片上打孔，基片是聚四氟乙烯纖維板，孔壁金屬化后與底面金屬地層接通。柵偏壓由扇線短路點(diǎn)引入，短路點(diǎn)上焊裝了穩(wěn)定電阻，用以抑制頻帶外過(guò)高增益，增加放大器的穩(wěn)定性。主微帶線兩側(cè)各加有一排方形小塊，是微調(diào)小島?？捎煤稿a把一部分小島聯(lián)通，用以改變主微帶線寬度。微調(diào)小島一般置于電路敏感度高的地方，可用來(lái)微調(diào)電路，從而可補(bǔ)償有源元件和焊裝的工藝參數(shù)離散性。第2級(jí)也是最佳噪聲設(shè)計(jì)。第1級(jí)和第2級(jí)之間用兩個(gè)分支電路進(jìn)行匹配。第2級(jí)FET也加了源極串聯(lián)負(fù)反饋。兩根細(xì)微帶都是偏置電流引入線。開(kāi)路分支頂端有一排小島，可用來(lái)微調(diào)分支微帶長(zhǎng)度。第3級(jí)和第4級(jí)用直接移相線段作級(jí)間匹配電路。這兩級(jí)采用另一種型號(hào)的FET，未加負(fù)反饋。電路中的橫向縫隙是直流斷開(kāi)點(diǎn)，用于焊裝隔直流電容器。C波段隔直流電容常用20~100pF片式電容器。電容器在焊裝前都要用微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量其微波S參數(shù)，以確保隔直流電容器在工作頻段內(nèi)損耗足夠小。76放大器整體電路—微帶電路部分第1級(jí)FET按最佳噪聲要求設(shè)計(jì)。放大器整體電路—偏壓供電電路部分圖6-16是該放大器電原理電路，對(duì)低頻和直流供電電路來(lái)說(shuō)，微帶線呈直通特性。本電路采用雙電源供電。所謂雙電源是指漏極正電壓和柵極負(fù)電壓分別由正壓和負(fù)壓兩個(gè)電源供電。外加電源1