微波电路与系统(放大器稳定性)

1、电子科技大学 贾宝富 博士微波电路与系统稳定性和增益园分析稳定性的基本网络结构稳定条件n将放大器视为一个两端口网络，该网络由S参量及外部终端条件L和S确定。稳定性意味着反射系数的模小于1。即：n其中，n利用公式n在L平面映射的 的稳定性判别圆被称作输出稳定性圆。n同样，由 得到的在S平面上的稳定性判别圆被称作输入稳定性圆。输出/输入稳定性圆输出/输入稳定性圆（续）输出稳定性圆稳定区域的判定负载稳定性条件和输出稳定性圆L-Plane输入稳定性圆稳定区域的判定n当 时，输入稳定性圆稳定区域的判定（续）n当 时，源稳定性条件和输入稳定性圆s-Planeout-Plane绝对稳定条件n正如其名称的含义

2、一样，绝对稳定是指在选定的工作频率和偏置条件下，放大器在整个nSmith圆图内所有点始终都处于稳定状态。这个概念对输入、输出端口都适用。若lS11 l1和lS22 l1，则绝对稳定条件为：n句话说，即稳定性判定圆必须完全落在单位圆 和 之外稳定性系数Kn稳定因子(Rollett因子)K稳定参数ADS中的稳定性控件KB1ADS中的输入稳定性圆和输出稳定性圆放大器的稳定措施n稳定有源器件的一个方法就是在其不稳定的端口增加一个串联或并联的电阻。图910给出了输入端口的电路。放大器的稳定措施（续1）n这个电阻必须与 一起抵消掉 的负值成分。因此，我们要求：n其中， 可以由 求得； 是源端内阻。n同理，

3、可以给出输出端口的稳定电路和相应相应的稳定条件：放大器的稳定措施（续2）由于晶体管输入、输出端口之间的耦合效应，通常只需要稳定一个端口。具体稳定那个端口完全取决于电路设计者。然而，应尽量避免在输入端口增加电阻元件，因为电阻产生的附加噪声将会被放大。 用增加电阻的方法实现晶体管稳定的代价包括：阻抗匹配状态可能被破坏，这将会产生功率传输损失；由于电阻产生的附加热噪声，晶体管的噪声系数通常会恶化。其它稳定性措施Stabilizing Ckt. Effect on FminStabilizing Ckt. Effect on S21Stabilizing Ckt. Effect on optUsing

4、 S-Parameter Design Amplifier DiagramPower definition输入功率负载吸收功率信号源资用功率输出资用功率转换功率增益工作（实际）功率增益资用功率增益Amplifier Noise不同类型放大器设计n最大增益设计；n最小噪声设计；n最大输出功率设计；n符合特定增益、噪声或输入/输出反射损耗指标要求的设计；n满足指定增益和噪声指标的宽带设计。最大增益设计输入/输出同时共轭匹配工作增益设计Matching for Max. Output PowerLoad-Pull TechniqueADS Simulating Contour Of OutputPo

5、wer( Load Pull)Low Noise AmplifierMatching For Min. Noise FigureMatching for Specific Gain, NF and In/Out Return Loss设计实例n利用MMBR941设计一个放大器。放大器的稳定性n利用S参数法设计放大器，第一步就是确定晶体管是无条件稳定或潜在不稳定。利用稳定性系数K和晶体管S参数的 值可以很容易地确定放大器的稳定性。n放大器无条件稳定的条件是：22211221221112212211121SSKSSS SS S 利用ADS预置函数计算稳定性稳定区潜在不稳定无条件稳定放大器的功率增益

6、n转换功率增益n资用功率增益n工作功率增益n最大转换增益;,;sininsLoutoutLLTAor ZZor ZZPGP ;,;sininsLoutoutLLAaAor ZZor ZZPGP max;,;maxmaxmaxsininsLoutoutLTTapTor ZZor ZZGGGGG ;,;sininsLoutoutLLpinor ZZor ZZPGP 最大增益n最大转换增益n最大稳定增益2221max2222111LTSLSGS 211210log;MSGSGdBS仿真最大增益仿真结果最大稳定增益最大可用增益单向性nRF电路的单向性指标通常是由参数Unilateral Figure

7、of Merit来衡量的。“Unilateral Figure of Merit”的值（简记为U）为。n利用该参数可以判断RF电路的单向特性。利用U值计算下列不等式的上、下限。 1/(1+U)(1+U)GT/GTU 1），于是输入输出可以共轭匹配并能够获得最大可用增益。MS 和 ML 能够被唯一地确定。在这种状态输入输出电压驻波比VSWR= 1 。 共轭匹配反射系数能够用ADS中S-parameter palette中测量方程图标Smgam1和Smgam2 计算。n双向设计首先了解器件的输入/输出稳定性园改善稳定性的措施n通过在输入回路添加串联电阻或在输出回路添加并联电阻可以很容易地改善晶体管的稳定性使其变为无条件稳定。例如本例中的晶体管在500MHz时，输入端添加一个R=0.18(50) = 9 或R= 1/(0.117*0.02) = 430 的并联电阻就会使输入和输出稳定性园