【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)。 微帶線簡(jiǎn)介微帶線屬于敞開式部分填充介質(zhì)的雙導(dǎo)體傳輸線。它是由介質(zhì)基片上的導(dǎo)帶和基片底部的金屬接地板構(gòu)成的，整個(gè)微帶線用薄膜工藝制作而成，基片采用介電常數(shù)高、高頻損耗低的陶瓷、石英、藍(lán)寶石等介質(zhì)材料，導(dǎo)帶采用良導(dǎo)體材料。微帶線適合制作微波集成電路的平面結(jié)構(gòu)傳輸線，與金屬波導(dǎo)相比，其體積小、重量輕、使用頻帶寬、可靠性高和制造成本低等；但損耗稍大，功率容量小。60年代前期，由于微波低損耗介質(zhì)材料和微波半導(dǎo)體器件的發(fā)展，形成了微波集成電路，使微帶線得到廣泛應(yīng)用，于是相繼出現(xiàn)了各種類型的微帶線。微帶線的參數(shù)確定如下，微帶線特性阻抗的大小由導(dǎo)體帶寬度和介質(zhì)板的厚度h以及有效介電常數(shù)決定的，如下： (23) （24）式中為填充介電常數(shù)為的介質(zhì)時(shí)微帶線的特性阻抗；為填充空氣時(shí)的同一尺寸微帶線的特性阻抗；為微帶線的導(dǎo)帶寬度；為微帶線的介質(zhì)基片厚度。 偏置電路在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，直流偏置電路系統(tǒng)是射頻功率放大器運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。偏置網(wǎng)絡(luò)有兩大類型：無(wú)源網(wǎng)絡(luò)和有源網(wǎng)絡(luò)。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。因?yàn)橹绷鞣答伩偸且档碗妷禾峁┑墓β剩紤]到現(xiàn)在是低壓工作，所以有效的反饋比較難。如果反饋根本不實(shí)用或不充分，就需要使用有源偏置，有源偏置網(wǎng)絡(luò)能改善靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性，還能提高良好的溫度穩(wěn)定性，但它也存在一些問(wèn)題，如增加了電路尺寸、增加了電路排版的難度以及增加了功率消耗。低噪聲放大器設(shè)計(jì)的第一步就是確定晶體管的靜態(tài)直流工作點(diǎn)，偏置的作用是在特定的工作條件下為有源器件提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，并抑制晶體管的離散性以及溫度變化的影響從而保持恒定的工作特性。偏置網(wǎng)絡(luò)不僅要設(shè)定直流工作狀態(tài)，還要通過(guò)高頻扼流線圈和隔直電容確保直流偏置與射頻信號(hào)相互隔離。333 低噪聲放大器的基本指標(biāo) 工作頻帶工作頻帶通常指放大器滿足其全部性能指標(biāo)的連續(xù)頻率范圍。放大器的實(shí)際工作頻率盡可能限制在所定的工作頻率范圍?？紤]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。放大器所能允許的工作頻率與晶體管的特征頻率有關(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。在集成電路中，增大晶體管的面積使極間電容增加也降低了特性頻率。 帶寬為保證頻帶信號(hào)無(wú)失真地通過(guò)放大電路，要求其增益頻率響應(yīng)特性必須有與信號(hào)帶寬相適應(yīng)的平坦寬度。放大電路電壓增益頻率響應(yīng)特性為最大值下降3dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率寬度為放大器的通頻帶，通常以表示，即帶寬。而低噪聲放大器的帶寬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)噪聲要滿足要求。帶寬又分為絕對(duì)帶寬和相對(duì)帶寬。絕對(duì)帶寬定義如下： (31)采用絕對(duì)帶寬表示時(shí)，帶寬的量綱為Hz。相對(duì)帶寬常用的表示方法為百分比法。采用相對(duì)帶寬表示時(shí)，帶寬是無(wú)量綱的相對(duì)值。百分比法定義為絕對(duì)帶寬占中心頻率的百分?jǐn)?shù)，用表示為： (32)其中為中心頻率。通常當(dāng)相對(duì)帶寬小于10%時(shí)稱為窄帶放大器，相對(duì)帶寬大于30%時(shí)稱為寬帶放大器，而相對(duì)帶寬大于100%時(shí)稱為超寬帶放大器，考慮到噪聲系數(shù)是主要指標(biāo)，但是在寬頻帶情況下難于獲得極低噪聲，所以低噪聲放大器的工作頻帶一般不寬，較多為20%左右。 噪聲系數(shù)在電路某一特定點(diǎn)上的信號(hào)功率與噪聲功率之比，稱為信號(hào)噪聲比，簡(jiǎn)稱信噪比，用符號(hào)/(或 /)表示。放大器噪聲系數(shù)是指放大器輸入端信號(hào)噪聲功率比 /與輸出端信號(hào)噪聲功率比 /的比值。噪聲系數(shù)的物理含義是：信號(hào)通過(guò)放大器之后，由于放大器產(chǎn)生噪聲，使信噪比變壞；信噪比下降的倍數(shù)就是噪聲系數(shù)。影響放大器噪聲系數(shù)的因素有很多，除了選用性能優(yōu)良的元器件外，電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否合理也是非常重要的。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)。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。實(shí)際應(yīng)用中放大器的噪聲系數(shù)可以表示為： （33）是當(dāng)源端為最佳源阻抗時(shí)放大器的最小噪聲系數(shù)，是噪聲阻抗，是放大器按最小噪聲系數(shù)匹配時(shí)的最佳源反射系數(shù)。由此可見放大器的輸入匹配電路應(yīng)該按照噪聲最佳來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是根據(jù)所選晶體管的來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)輸出匹配電路時(shí)采用共軛匹配，以獲得放大器較高的功率增益和較好的輸出駐波比[6]。 輸出. . . .RF放大RF放大RF放大RF放大 輸入F1 G1F2 G2F3 G3Fn Gn圖31 多級(jí)放大電路示意圖當(dāng)系統(tǒng)中有多級(jí)放大器相連時(shí)，其系統(tǒng)總噪聲系數(shù)和總增益表達(dá)式為: （34）式中表示多級(jí)放大器總的噪聲系數(shù)。、和分別表第一、第二和第三級(jí)的噪聲系數(shù)。GG2和G3分別表示第一、第二級(jí)和第三級(jí)放大器的功率增益。從上式知道，越后項(xiàng)分母越大，所以初級(jí)噪聲系數(shù)對(duì)總體噪聲系數(shù)的影響最大。只有盡量低，前級(jí)增益G1和G2足夠大，整機(jī)的噪聲性能才能足夠小。 增益根據(jù)線型網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出端阻抗的匹配情況，有三種放大器增益：工作功率增益、轉(zhuǎn)換功率增益、資用功率增益。對(duì)于實(shí)際的低噪聲放大器，功率增益通常是指信源與負(fù)載多為50Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗情況下實(shí)測(cè)的增益，一般用dB表示。其表達(dá)式為放大器輸出功率與輸入功率的比值： （35）低噪聲放大器的增益要適中，太大會(huì)使下級(jí)混頻器輸入太大，產(chǎn)生失真。但為了抑制后面各級(jí)的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，其增益又不能太小。放大器的增益首先與管子跨導(dǎo)有關(guān)，跨導(dǎo)直接由工作點(diǎn)的電流決定。其次放大器的增益還與負(fù)載有關(guān)。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。噪聲最佳匹配點(diǎn)并非最大增益點(diǎn)，以此增益G 要下降。噪聲最佳匹配情況下的增益成為相關(guān)增益。通常，相關(guān)增益比最大增益大約低2~4dB。所以，一般來(lái)說(shuō)低噪聲放大器的增益確定應(yīng)與系統(tǒng)的整機(jī)噪聲系數(shù)、接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍等結(jié)合起來(lái)考慮。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取值在15~20dB較為合適。增益平坦度是指功率最大增益與最小增益之差，它用來(lái)描述工作頻帶內(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。 穩(wěn)定性放大器必須滿足的首要條件之一是其在工作頻段內(nèi)的穩(wěn)定性。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)?？疾祀妷翰ㄑ貍鬏斁€的傳輸，可以理解這種振蕩現(xiàn)象。若傳輸線終端反射系數(shù)Γ01，則反射電壓的幅度變大（正反饋）并導(dǎo)致不穩(wěn)定的現(xiàn)象。反之，若Γ01，將導(dǎo)致反射電壓波的幅度變小（負(fù)反饋）。當(dāng)放大器的輸入和輸出端的反射系數(shù)的模都小于1,即 1,1 時(shí)，不管源阻抗和負(fù)載阻抗如何，網(wǎng)絡(luò)都是穩(wěn)定的，稱為絕對(duì)穩(wěn)定；當(dāng)輸入端或輸出端的反射系數(shù)的模大于1時(shí)，網(wǎng)絡(luò)是不穩(wěn)定的，稱為條件穩(wěn)定。對(duì)條件穩(wěn)定的放大器，其負(fù)載阻抗和源阻抗不能任意選擇，而是有一定的范圍，否則放大器不能穩(wěn)定工作，即使負(fù)載阻抗和源阻抗屬于標(biāo)準(zhǔn)的阻抗，但隨著溫度、濕度等環(huán)境的變化這些阻抗可能會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)放大器的參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，而在設(shè)計(jì)基于有源兩端口網(wǎng)絡(luò)射頻放大電路時(shí)，絕對(duì)穩(wěn)定是非常有價(jià)值的。如果有源器件滿足絕對(duì)穩(wěn)定條件，可以簡(jiǎn)化放大電路的設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率。而且只有在絕對(duì)穩(wěn)定的條件下晶體管才有可能達(dá)到最大增益，所以判斷一個(gè)晶體管的射頻是否絕對(duì)穩(wěn)定就相對(duì)變得重要。而一個(gè)晶體管的射頻穩(wěn)定條件是： （36）式中有： （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。 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： (38) (39) 低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪聲系數(shù)所以輸入匹