【正文】 Z i n 11 7 . 2 0 4 j 2 . 6 9 9 E1 5 1 7 . 2 5 0 + j 0 . 1 9 2 1 7 . 2 9 6 + j 0 . 3 8 4 1 7 . 3 4 3 + j 0 . 5 7 6 1 7 . 3 9 0 + j 0 . 7 6 7 1 7 . 4 3 8 + j 0 . 9 5 8 1 7 . 4 8 7 + j 1 . 1 4 9 1 7 . 5 3 6 + j 1 . 3 4 0 1 7 . 5 8 6 + j 1 . 5 3 0 1 7 . 5 9 1 + j 1 . 7 2 2 1 7 . 5 9 7 + j 1 . 9 1 3 1 7 . 6 0 3 + j 2 . 1 0 5 1 7 . 6 1 0 + j 2 . 2 9 6 1 7 . 6 1 7 + j 2 . 4 8 8 1 7 . 6 2 5 + j 2 . 6 7 9 1 7 . 6 3 4 + j 2 . 8 7 1 1 7 . 6 4 3 + j 3 . 0 6 3 1 7 . 6 5 3 + j 3 . 2 5 5 1 7 . 6 6 3 + j 3 . 4 4 7 1 7 . 6 7 2 + j 3 . 6 0 0 1 7 . 6 8 1 + j 3 . 7 5 4 1 7 . 6 9 0 + j 3 . 9 0 8 1 7 . 7 0 0 + j 4 . 0 6 1 1 7 . 7 1 0 + j 4 . 2 1 5 1 7 . 7 2 1 + j 4 . 3 6 9 1 7 . 7 3 2 + j 4 . 5 2 3 1 7 . 7 4 3 + j 4 . 6 7 7 1 7 . 7 5 5 + j 4 . 8 3 1 1 7 . 7 6 7 + j 4 . 9 8 6 1 7 . 7 8 3 + j 5 . 1 7 8 圖 411 用實(shí)部和虛部表示的輸入阻抗數(shù)據(jù) 由 上 圖可以看出，在中心頻率 處，輸入阻抗 Zin1=+ 單支節(jié)匹 配電路 在 SP模型的輸入端采用單支節(jié)匹配電路進(jìn)行匹配 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 412 單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)子電路 圖 413 帶有單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的原理圖 對(duì)原理圖進(jìn)行仿真后，得到的數(shù)據(jù)曲線如下： 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 1 2 3 4 50 6 3 0 2 0 1 0 4 00f r e q , G H zdB(S(1,1))R e a d o u tm1m1f r e q =d B ( S ( 1 , 1 ) ) = 3 0 . 5 6 42 . 4 5 0 G H z 1 2 3 4 50 6 4 0 2 00 6 020f r e q , G H zdB(S(2,1))R e a d o u tm2m2f r e q =d B ( S ( 2 , 1 ) ) = 7 . 7 0 12 . 4 5 0 G H z 1 2 3 4 50 6 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 7 0 1 0f r e q , G H zdB(S(1,2))R e a d o u tm3m3f r e q =d B ( S ( 1 , 2 ) ) = 1 7 . 7 1 12 . 4 5 0 G H z 1 2 3 4 50 68642 1 00f r e q , G H zdB(S(2,2))R e a d o u tm4m4f r e q =d B ( S ( 2 , 2 ) ) = 3 . 3 2 32 . 4 5 0 G H z 圖 414 11s 、 12s 、 21s 、 和 22s 曲線 由圖 414 可以看出， 11S 、 12S 、 21S 和 22S 曲線在中心頻率處的參數(shù)如下 ： （ 1） 11S 曲線在中心頻率處的值為 , 表明輸入匹配良好。此文采用二級(jí)級(jí)聯(lián)的方法解決此問(wèn)題，因?yàn)榈鹊郊由掀镁W(wǎng)絡(luò)后增益也會(huì)有所下降，并且此方法也可以減小輸出駐波比。對(duì)于潛在不穩(wěn)定的匹配放大器而言，因?yàn)榈?sK 取值較大時(shí) | L? |有可能大于 1，所以 | L? |的取值將受到限制，不能隨意 取值。 根據(jù)反射系數(shù)與阻抗的關(guān)系 和放大器的輸入阻抗 : 00sSsZZZZ??? ? ，可以算出經(jīng)匹配網(wǎng) 絡(luò)向源看去的阻抗 inZ 。實(shí)際的應(yīng)用中三極管的輸入共軛匹配的源反射系數(shù)（ s? ） 和最小噪聲源反射系數(shù)（ opt? ） 很少一致。 在設(shè)計(jì)電路之前，應(yīng)根據(jù)器件手冊(cè)提供的參數(shù)來(lái)判斷是否穩(wěn)定工作只有絕對(duì)穩(wěn)定，才能保證放大器的穩(wěn)定工作和雙端口共軛匹配。對(duì)上面的三個(gè)條件作適當(dāng)?shù)淖儞Q，可得絕對(duì)穩(wěn)定判別準(zhǔn)則的另一種表達(dá)形式： 211。 端口駐波比和反射損耗 低噪聲放大器的輸入和輸出反射系數(shù)表征著輸入輸出信號(hào)的反射損耗，通常用輸入和輸出駐波比來(lái)表示，將低噪聲放大器看成標(biāo)準(zhǔn)兩端口網(wǎng)絡(luò)，則輸入輸出駐波比如下： ||1 ||1V SW R iiinnn?? ??? (38) ||1||1V S W Routoutout?? ??? (39) 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?？疾祀妷翰ㄑ貍鬏斁€的傳輸，可以理解這種振蕩現(xiàn)象。噪聲最佳匹配點(diǎn)并非最大增益點(diǎn)，以此增益 G 要下降。只有 1F 盡量低，前級(jí)增益 G1和 G2足夠大，整機(jī)的噪聲性能才能足夠小 [6] 。當(dāng)一個(gè)晶體管的源端所接的信號(hào)源的阻抗等于它所要求的最佳信號(hào)源阻抗時(shí)，由 該晶體管構(gòu)成的放大器的噪聲系數(shù)最小。采用相對(duì)帶寬表示時(shí)，帶寬是無(wú)量綱的相對(duì)值。 放大器所能允許的工作頻率與晶體管的特征頻率 Tf 有關(guān)，由晶體管小信號(hào)模型可知，減小偏置電流的結(jié)果是晶體管的特征頻率降低。無(wú)源網(wǎng)絡(luò) (即自偏置 )是最簡(jiǎn)單的偏置電路，通常由電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它為射頻晶體管提供合適的工作電壓和電流，但是這種電路的缺點(diǎn)就是對(duì)晶體管參數(shù)變化非常敏感，并且溫度穩(wěn)定較差。 匹配方法 阻抗匹配的方法有二：一是在不匹配系統(tǒng)中適當(dāng)加入無(wú)功元件，稱為調(diào)配器，人為引入一個(gè)或多個(gè)反射并使之與原系統(tǒng)產(chǎn)生的反射相互抵消而達(dá)到匹配；二是兩不匹配系統(tǒng)間加接一 個(gè) 阻抗變換器，其作用是化原不匹配系統(tǒng)內(nèi)的大反射為多級(jí)的或漸變的小反射乃至最終過(guò)渡到匹配狀態(tài) [5] 。本文采用的是集總元件與傳輸線相結(jié)合的方法，并利用 Smith 圓圖軌跡法作為工具。一般而言，最佳的解決方案依賴于電路的要求，例如簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，頻帶寬度，最小的功率波動(dòng)，設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性和可調(diào)節(jié)性，設(shè)定的工作條件，足夠的諧波抑制等。另外，當(dāng)涉及電磁波傳播時(shí)也不希望反射系數(shù)的模等于 1，在這種情況下，終端的不連續(xù)性將導(dǎo)致有害的電壓、電流反射，并產(chǎn)生可能造成器件損壞的振蕩。圖中的圓形線代表電阻抗力的實(shí)數(shù)值，即電阻值，中間的橫線與向上和向下散出的線 則代表電阻抗力的虛數(shù)值，即由電容或電感在高頻下所產(chǎn)生的阻力，當(dāng)中向 上的是正數(shù)，向下的是負(fù)數(shù)。 第三 部分 為 低噪聲放大器的基本指標(biāo)。由于它處于接收機(jī)放大鏈的前端，因此，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)講是非常重要的。很多公司為了滿足這一需求 ,除了在技術(shù)方面投資以外 ,逐漸開(kāi)始在提高 HEMT 性價(jià)比上增加投入。這種新的技術(shù)發(fā)展水平功率 GaAs HFET 器件擁有基于異質(zhì)結(jié)化合物 AlGaAs 、GaAs InGaP、 GaAs、 InAlAs、 InGaAs 的結(jié)構(gòu)。 低噪聲放大器簡(jiǎn)介 低噪聲微波放大器（ LNA）已廣泛應(yīng)用于微波通信、 GPS 接收機(jī)、遙感遙控、雷達(dá)、電子對(duì)抗、射電天 文、大地測(cè)繪、電視及各種高精度的微波測(cè)量系統(tǒng)中，是必不可少的重要電路。特別是由于無(wú)線電通信頻率資源的日益緊張，分配到各類(lèi)通信 系統(tǒng)的頻率間隔越來(lái)越密，這對(duì)接收系統(tǒng)前端的器件，尤其是低噪聲放大器，提出了更高的要求，以減小不需要的干擾因素，放大接收到的有用信號(hào)。 matching circuit。所以本論文針對(duì)這一需求，完成了一個(gè) 聲放大器的設(shè)計(jì)。而近年來(lái)由于無(wú)線通信的迅猛發(fā)展也對(duì)其提出了新的要求，主要為：低噪聲、低功耗、低成本、高性能和高集成度。 noise figure。 隨著微波、毫米波技術(shù)的迅速發(fā)展，微波通信、導(dǎo)航、制導(dǎo)、衛(wèi)星通信以及軍事電子對(duì)抗戰(zhàn)和雷達(dá)等領(lǐng)域?qū)ι漕l放大模塊的需求量也越來(lái)越大。因此，研制合適的寬頻帶、高性能、更低噪聲的放大器，研究出一套高效率的、精準(zhǔn)的放大器設(shè)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 計(jì)方法已經(jīng)成為射頻微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近幾年來(lái)，隨著材料生長(zhǎng)技術(shù)（比如分子束外延和分子化學(xué)蒸發(fā)沉積）和新型器件結(jié)構(gòu)可靠性的提高，開(kāi)始從更高的輸出功率和效率方面改善器件的功能。由于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 HFET 在工藝制造過(guò)程中要精確控制薄層結(jié)構(gòu)、陡峭的摻雜梯度以及采用更難加工的半導(dǎo)體材料 ,制造一個(gè) HEMT 要比 GaAs MESFET 的花費(fèi)昂貴得多 ,隨著技術(shù)的進(jìn)步和科技的發(fā)展 ,人們對(duì)高性能低成本的 HEMT 需求更大。 本課題的研究方法及主要工作 低噪聲放大器是無(wú)線接收機(jī)前端的重要部分，其主要作用是放大微弱信號(hào)，盡量使放大器引入的噪聲減小。介紹了 史密斯圓圖 、 S 參數(shù) 、 阻抗匹配 、微帶線 理論基礎(chǔ)知識(shí)。 圖 21 等電阻圓和等電抗圓圖 圖 21 是史密斯圓圖中的等電阻圓和等電抗圓圖。采用導(dǎo)線形成短路的時(shí)候，導(dǎo)線本身存在電感，而且其電感量在高頻下非常之大，此外，開(kāi)路情況也會(huì)在終端形成負(fù)載電容。 阻抗匹配的目的是使源傳遞給負(fù)載最大的 射頻 功率。由此得到很多類(lèi)型的匹配網(wǎng)絡(luò)，包括集總元件和傳輸線。因在駐波狀態(tài)時(shí)，沿線的高頻電場(chǎng)分布出現(xiàn)波腹，波腹處的電場(chǎng)比傳輸同樣功率時(shí)的行波電場(chǎng)高得多，因此容易發(fā)生擊穿，從而限制了功率容量。偏置網(wǎng)絡(luò)有兩大類(lèi)型：無(wú)源網(wǎng)絡(luò)和有源網(wǎng)絡(luò)。 考慮到噪聲系數(shù)是主要指標(biāo)，在寬頻帶情況下難于獲得極低噪聲，所以低噪聲放大器的工作頻 帶一般不太寬 。 相對(duì)帶寬常用的表示方法為百分比法。放大器的噪聲系數(shù)和信號(hào)源的阻抗有關(guān)，而與負(fù)載阻抗無(wú)關(guān)。從上式知道，越后項(xiàng)分母越大，所以初級(jí)噪聲系數(shù) 1F 對(duì)總體噪聲系數(shù) totalF 的影響最大。低噪聲放大器大都是按照噪聲最佳匹配進(jìn)行設(shè)計(jì)的。這一點(diǎn)對(duì)于射頻電路是非常重要的，因?yàn)樯漕l電路在某些工作頻率和終端條件下有產(chǎn)生振蕩的趨勢(shì)。而一個(gè)晶體管的射頻穩(wěn)定條件是： 2 2 211 2212 21211 12 21222 12 2111211SSSSK S S SS S S? ? ? ?????? ? ???????? （ 36） 式中有： |||| 21122211 SSSS ??? （ 37） ? 為穩(wěn)定性判別系數(shù)，只有當(dāng)式 （ 36） 中的 3個(gè)條件都滿足時(shí)，才能保證放大器是絕對(duì)穩(wěn)定的。只有同時(shí)滿足上面三個(gè)條件時(shí)，放大器才能保證絕對(duì)穩(wěn)定，有任何一個(gè)條件不滿足，都將是潛在不穩(wěn)定的。 (2)在漏極串聯(lián)或并聯(lián)阻性負(fù)載是獲得寬帶穩(wěn)定性最簡(jiǎn)單易行的方法，阻性負(fù)載能夠在很寬的頻段內(nèi)使器件產(chǎn)生等阻抗，其惟一的缺點(diǎn)是由于在阻性終端有一些能量消耗，降低了輸出功率。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)原則，相應(yīng)的匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也就不一樣。在 我們得到最小噪聲系數(shù)的源反射系數(shù)時(shí)，就可以來(lái)設(shè)計(jì)輸入匹配電路了 。當(dāng) sK 1時(shí) ，無(wú)論是理論上還是在實(shí)際上都不能匹配成功。利用優(yōu)化控件 Optim 和目標(biāo)控件 GOAL,如圖所示： 圖 416 設(shè)置完成的優(yōu)化控件和目標(biāo)控件 優(yōu)化后 查看仿真 2 4 6 0 0 3 4 5 6 2 7f r e q , G H znf(2)R eadoutm1m2m1f req=nf (2)= 1. 7602. 400GH zm2f req=nf (2)= 1. 7252. 500GH z 2 4 6 0 016. 5616. 5416. 5216. 5016. 4816. 4616. 5816. 44f r e q , G H zdB(S(1,2))R e a d o u tm1m2m1f r e q =d B ( S ( 1 , 2 ) ) = 1 6 . 5 6 92