微波毫米波放大器培训

微波/毫米波放大器原理与设计北京理工大学电子工程系孙厚军主要内容一、低噪声放大器的主要技术指标二、低噪声放大器的噪声特性三、微波晶体管放大器的稳定性四、微带线混合集成放大器基本电路五、低噪声放大器特性测试六、低噪声放大器设计举例七、功率放大器的主要技术指标八、微波/毫米波单片放大器一、低噪声放大器的主要技术指标噪声系数与噪声温度功率增益、相关增益与增益平坦度工作频带动态范围端口驻波比和反射损耗三级交调系数与1dB压缩点1、1噪声系数与噪声温度(1)任意二端口微波部件的噪声系数可定义为式中 Si为输入资用信号功率

Ni为输入资用噪声功率

So为输出资用信号功率

No为输出资用噪声功率1、1噪声系数与噪声温度(2)噪声系数的物理意义： 信号通过放大器或其它微波二端口器件之后，由于器件产生噪声，导致信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数1、1噪声系数与噪声温度(3)若二端口器件为放大器，则噪声系数的定义可改写为：

Ga为放大器的资用功率增益1、1噪声系数与噪声温度(4)噪声系数的另一定义实际上，二端口器件的输出端所呈现的噪声可分为两部分：由系统的外部噪声造成的部分 为NinGa系统的内部产生的，如热噪声 为Na则噪声系数可定义为1、1噪声系数与噪声温度(5)噪声温度的概念在一定的条件下，噪声功率可用温度来表示，我们称之为噪声温度。放大器自身产生的噪声也可以等效为一个噪声温度Te。Nin=KT0B，Nout=K(T0+Te)Ga用噪声温度的定义的噪声系数1、1噪声系数与噪声温度(6)1、1噪声系数与噪声温度(7)1、2功率增益、相关增益

与增益平坦度(1)功率增益的定义P1代表信源的资用功率,P2代表50欧姆负载所能获得的功率1、2功率增益、相关增益

与增益平坦度(2)相关增益的定义噪声最佳匹配情况下的增益称之为相关增益.通常情况下,相关增益比功率增益要低2-4dB.1、2功率增益、相关增益

与增益平坦度(3)级联情况下的噪声系数与功率增益的关系F为级联后的噪声系数F1,F2,F3……,Fn分别为第1,2,3…….n级放大器的噪声系数Ga1,Ga2,Ga3……,Gan分别为第1,2,3…….n级放大器的噪声系数1、2功率增益、相关增益

与增益平坦度(4)增益平坦度的定义增益平坦度是指在工作频带内最大增益与最小增益之差。在多路通信的情况下，在前端对全部信道信号进行放大，后接终端机进行分路，此时要求每个信道的增益起伏不能太大。1、3动态范围(1)动态范围低噪声放大器输入信号所允许的最小功率和最大功率的范围。动态范围的下限取决于放大器的噪声系数：为微波系统要求的最小信噪比1、3动态范围(2)动态范围的上限有时定义为放大器输出功率呈现1dB压缩点时的输入功率;严格定义为放大器非线性特性到达指定三级交调系数时的输入功率值1、3动态范围(3)例:若放大器的噪声系数是1.2dB，输出的1dB压缩点为10dBm，信号带宽为40MHz，要求的信噪比为10。则该放大器的动态范围的下限为-81dBm，上限为10dBm，整个动态范围为91dB。1、4三级交调系数与1dB压缩点二、低噪声放大器的噪声特性2、1最佳信源导纳与噪声匹配(1)放大器增益最大的条件或2、1最佳信源导纳与噪声匹配(2)放大器的噪声系数最低时,存在失配现象,物理意义如下在本征FET的栅极端口和漏极端口存在栅极感应噪声源和漏极噪声源,这两个噪声源是相关的,若FET的输入口存在一定的失配,可以调整栅极感应噪声与漏极噪声之间的相位关系,从而造成噪声系数的下降.2、1最佳信源导纳与噪声匹配(3)为获得放大器的最佳噪声系数,从FET的输入口向信源看去的反射系数存在一个最佳值.即即放大器具有最小噪声系数2、1最佳信源导纳与噪声匹配(4)2、1最佳信源导纳与噪声匹配(5)一般情况下,给出四个微波管的等效噪声参数2、1最佳信源导纳与噪声匹配(6)有时给出微波管的最佳源导纳Yopt2、2等噪声源要维持一个固定的噪声系数,s在Smith圆图上的轨迹为一个圆,称之为等噪声圆利用等噪声圆可以直观地了解放大器的噪声变化规律2、2多级放大器的噪声分配(1)低噪声放大器前加隔离器2、2多级放大器的噪声分配(2)低噪声放大器前加隔离器2、2多级放大器的噪声分配(3)低噪声放大器和混频器级联2、2多级放大器的噪声分配(4)低噪声放大器和混频器级联低噪声放大器的噪声系数低噪声放大器的功率增益混频器的双边带噪声系数传输线和镜像抑制滤波器的损耗LNA设计举例LNA设计举例FREQS11S12S21S22SParametersofN76038aLNA设计举例LNA设计举例LNA设计举例LNA设计举例INPUTMATCHINGCIRCUITALPHAAA028N1-00ALPHAAA028N1-00HMMC-5040的原理图HMMC-5040的电路版图HMMC-5040的主要技术指标TypicalGainandIsolationVSFrequencyOutputPower&GainVSFrequencyCharacteristicsSingledrainandsinglegatesupplyassemblyfortriplerandstandardamplifierapplicationsSeparatefirst-stagegatebiassupplyforanymultiplieroramplifierapplicationDieAttachMethodsBothsolderandepoxymaybeusedforthedieattachofallMMICproductstosubstratesandmetalstructures.Thechoiceofdieattachmethodisinfluencedbythermalconductivityrequirementsandequipmentavailability.SolderDieAttachDieAttachMethodsForSolderdieattach,ThepreferredmaterialisAuSn(Au80%,Sn20%).ExpansionPropertiesandThermalConductivityaretwofactorstobenoticedtoselecttheproperSoldermaterialsTheadvantageofthesolderdieattachisTheexcellentthermalconductivitythatresultinthelowerjunctiontemperatureandimprovedthechipreliability.

OrganicAdhesiveDieAttach(1)DieAttachMethodsASliverfilledconductiveepoxycanbeusefordieattach(e.g.Ablestick84-1).TheadvantageoftheorganicadhesivedieattachisLowTemperatureProcessingeaseofassemblytheabilitytotolerategreaterTCEmismatchOrganicAdhesiveDieAttach(2)DieAttachMethodsThedisadvantageoftheorganicadhesivedieattachisThethermalresistanceofanorganicadhesiveisovertwoordersofmagnitudegreaterthanasolderjointofsimilargeometryThevariationintheadhesivethicknesscandrasticallyincreasethethethermalresistancethepointBondingMethodsThermosonicandthermocompressionaretherecommendedmethodsforelectricallyinterconnectingtoMMICdieBondingMethodsThermosonicBondingWedgeBondingToolBondingMethodsWedgeBondingToolBondin