微波通信微波放大器地设计讲解

1、实用标准文档文案大全微波通信课程设计说明书微波低噪声放大器的设计起止日期：年_月日至 年月日学 生 姓 名 TOC o 1-5 h z 班级学号成绩指导教师（签字）课题名称微波放大器的设计人数组 长同组人员课题的主要内容和要求一、设计目的.了解射频放大器的基本原理与设计方法。.利用实验模组实际测量以了解放大器的特性。.学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。二、设计任务主要内容：1、了解射频放大器的基本原理与设计方法。2 、利用实验模组实际测量以了解放大器的特性。3、学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。主要任务：1、双边放大器设计。2、单边放大器设计。3、单边设

2、计评价因子。4 、放大器的稳定条件。三、设计工作量2周完成具 体 任 务1、了解射频放大器的基本原理与设计方法。2 、利用实验模组实际测量以了解放大器的特性。3、学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。时间安排与完成情况实用标准文档文案大全目录 TOC o 1-5 h z 一、设计原理1二、设计设备4三、设计步骤 4四、设计结果及分析5五、软件仿真7六、总结体会13实用标准文档文案大全r s = r in*Go*Gl输出 匹配电 路r l = r out二端口 有源电路r s r in = S11S111SI2s2l Lr outS 221S22 LS2s21 S1SI1 S微波

3、放大器的设计、设计原理一个射频晶体放大器电路可分为三大部分： 二端口有源电路、输入匹配电路 及输出匹配电路，如图1所示。一般而言，二端口有源电路采用共射极（或共源 极）三极管（BJT、FED电路，止匕外，还包括直流偏压电路。而输入匹配电路及 输出匹配电路大多采用无源电路， 即利用电容、电感或传输线来设计电路。一般 放大器电路，根据输入信号功率不同可以分为小信号放大器、低噪声放大器及功 率放大器三类。而小信号放大器依增益参数及设计要求，可分成最大增益及固定 增益两类。而就S参数设计而言，则可有单向设计及双边设计两种。 本单元仅就 小信号放大器来说明射频放大器之基本理论及设计方法。输入 匹配电 路

4、Gs图1放大器电路方框图.单边放大器设计（Unilateral Amplifier Design所谓单边设计即是忽略有源器件S参数中的S12,即是S12=0o此时可得:r in = S11 及r out= S22则放大器之单边转换增益（Unilateral Transducer Gain,G 可为:Gtu GsGoGl其中Gs1 Is11 S1 S2GoS212 Gl 1 I J 2|1 S22 L假若电路又符合下列匹配条件：rs = S11* 及 Fl = S22*则可得到此放大器电路之最大单边转换增益（Maximum UnilaterlaTransducer Gain,G TU,maJ :

5、Gtu ,max.双边放大器设计(Bilateral Amplifier Dseign)S12S21 S1S11 S双边设计即是考虑有源器件S参数中的S12,即是S2W0。此时可得:INSI1 S1L 及 outS22S221 $2 L若利用最大增益匹配法（亦称共腕阻抗匹配法），则可得rs =rin* 及Fl = rou干经过推导可利用下列公式计算出最佳输入反射系数rSm和最佳输出反射系数r Lm :SmC1BiB2 4 |Ci|22 C1CZB2%：B24 |C22Lm 22 C2其中CiC2S11S11S12S21.单边设计评价因子(Unilateral Figure of Merit ,

6、 M )在判断有源元件是否适用单边设计时，主要看它的评价因子是否够小。一般 而言，当M值小于0.03或-15dB时即可采用单边设计其计算公式如下: TOC o 1-5 h z S1211s2111sl1S22(1S112) (1S222)最大增益误差比则为:1GT122(1 M)2Gtu,max(1M)2其中G是有源元件的转换增益(Transducer Gain)(1(1S1122.2S| )性2l|(1 | J )S)(1S22 L)S12S21 S4.放大器的稳定条件(Stability Criteria(1)无条件稳定 Unconditionally stable )一个良好的放大器设计

7、电路除考虑增益和输出入匹配外，还需要考虑放大器 在工件频段中是否为无条件稳定，以避免电路产生振荡。如图 11-2所示:对于一个放大器电路而言，其有源器件在r s=0及Fl=0情况下，无条件稳定 的充要条件为K 1 , |S 11| 1 且 |S 22| 1其中K称为稳定因子(stability factor )2 s2s21(2)条件稳定(Conditionally stable )当有源器件不符合上述无条件稳定的三大规定时，即称为条件稳定。在此情况下，在输入端平面及输出端平面，必存一些不稳定区域，如图2所示:11csi - rs| 1| Su | 1 , |S11| 1 , |S221V 1

8、 而条件稳定则是|cs|-rs| 1 , |Sii| 1 或 11c l| - r l| 1 ,向20.03,所以不可以用单边设计，而须采用双边设计。经双边设计计算公式，可得：最佳输入反射系数 r sm=0.821，172.6o最佳输出反射系数 r Lm=0.787，41.2o最大转换增益G Tma=20.821dB。本例中最佳输入反射系数和最佳输出反射系数经匹配Fo,再加入偏压电路后，可得该放大器电路及模拟结果。五、软件仿真1、进入微波软件 MICROWAVE 2、在原理图上设计好相应的电路，设置好 P1,P2,P3,P4端口，完成频率设置、尺寸规范、器件的加载、仿真图型等等的设置。3、最后

9、进行仿真，结果应接近实际测量所得到的仿真图形。4、电路图，接着是相应的仿真图。图3模拟结果仿真过程：使用 Ansoft Designer SV第一步：建立电路图（工程一插入电路设计一空白）第二步：添加衬底信息（电路一加入模型数据一加入衬底定义）电介质金属化材料电阻厚度单位H : 20 milEr : 3.38TAND:0.0021(2.4GHz)铜1.724140.669mil（千分之一英寸）第三步：添加BFP540（画图一 N节点）第四步：设定仿真频率范围（电路一添加分析设置）第五步：执行仿真（电路一分析）第六步：确定仿真结果（电路一报告）第七步：稳定性校验（电路一史密斯工具）第八步：稳定性

10、：在晶体管输出端口连接平行电阻器第九步：执行仿真（电路一分析）第十步：稳定性校验（电路一史密斯工具）第H一步：选择功率反射系数（电路一史密斯工具）：Ga=11.8dB, NF=1.33 Circle第十二步:第十三步:第十四步:= 0.31/142设计输入匹配电路（电路一史密斯工具一匹配符）确定负载反射系数设计输出匹配电路（电路一史密斯工具一匹配符）第十五步：完成电路第十六步：执行仿真（电路一分析）第十七步：确定仿真结果（电路一报告）最终仿真结果增益11.93dBNF （噪声系数）1.53dB输入回波损耗12.6 dB输出回波损耗18.6 dB4、布局图六、总结体会这次课程设计，总体来说让我懂

11、得很多知识，受益匪浅。首先动手实践比理论课更具趣味性， 同时更具挑战性。再者让我对“实践是 检验真理的唯一标准”这句话又有了进一步的理解。 理论是实践的基础，实践是 检验真理的唯一标准，不懂理论进行实验对我们学习是没有作用的。 本次课程设 计，我进一步理解了课堂上老师所讲的知识，同时学到了一些书本以外的知识。 此外，我发现理论知识也非常重要， 首先要了解熟悉微波低噪声放大器原理和微波低 噪声放大器设计相关理论知识。然后了解射频放大器的基本原理与设计方法，利用实验模组实际测量以了解放大器的特性以及学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。通过本次课程设计，我对射频放大器的基本原理、微

12、波低噪声放大器的设计 的理解进一步巩固和加深了，提高了综合运用本课程所学知识的能力； 培养了我 选用参考书，查阅手册及文献资料的能力；培养了我独立思考，深入研究，分析 问题、解决问题的能力；培养了我严肃认真的工作作风， 逐步建立正确的生产观 念、经济观念和全局观念。课程设计是把我们所学的理论知识进行系统的总结并应用于实践的良好机 会，有利于加强我们用知识理论来分析实际问题的能力，进而加强了我们对知识 认识的实践度，巩固了我们的理论知识，深化了对知识的认识，并为走向社会打 下一个良好的基础。过程中也遇到许多问题和麻烦，在得到老师的指导和同学的帮助下，较顺 利地进行了本次课程设计。止匕外，一个团队分工合作很重要，没有完不成的任 务，只有不团结的队伍。我们积极讨论， 各抒己见，通过整个小组成员的努力， 在愉快的合作中很好的完成了自己的任务，成功地设计出了我们的微波低噪声 放