微波電路與系統(tǒng)(放大器穩(wěn)定性)

1、電子科技大學(xué) 賈寶富 博士微波電路與系統(tǒng)穩(wěn)定性和增益園分析穩(wěn)定性的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定條件n將放大器視為一個兩端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由S參量及外部終端條件L和S確定。穩(wěn)定性意味著反射系數(shù)的模小于1。即：n其中，n利用公式n在L平面映射的 的穩(wěn)定性判別圓被稱作輸出穩(wěn)定性圓。n同樣，由 得到的在S平面上的穩(wěn)定性判別圓被稱作輸入穩(wěn)定性圓。輸出/輸入穩(wěn)定性圓輸出/輸入穩(wěn)定性圓（續(xù)）輸出穩(wěn)定性圓穩(wěn)定區(qū)域的判定負(fù)載穩(wěn)定性條件和輸出穩(wěn)定性圓L-Plane輸入穩(wěn)定性圓穩(wěn)定區(qū)域的判定n當(dāng) 時，輸入穩(wěn)定性圓穩(wěn)定區(qū)域的判定（續(xù)）n當(dāng) 時，源穩(wěn)定性條件和輸入穩(wěn)定性圓s-Planeout-Plane絕對穩(wěn)定條件n正如其名稱的含義

2、一樣，絕對穩(wěn)定是指在選定的工作頻率和偏置條件下，放大器在整個nSmith圓圖內(nèi)所有點始終都處于穩(wěn)定狀態(tài)。這個概念對輸入、輸出端口都適用。若lS11 l1和lS22 l1，則絕對穩(wěn)定條件為：n句話說，即穩(wěn)定性判定圓必須完全落在單位圓 和 之外穩(wěn)定性系數(shù)Kn穩(wěn)定因子(Rollett因子)K穩(wěn)定參數(shù)ADS中的穩(wěn)定性控件KB1ADS中的輸入穩(wěn)定性圓和輸出穩(wěn)定性圓放大器的穩(wěn)定措施n穩(wěn)定有源器件的一個方法就是在其不穩(wěn)定的端口增加一個串聯(lián)或并聯(lián)的電阻。圖910給出了輸入端口的電路。放大器的穩(wěn)定措施（續(xù)1）n這個電阻必須與 一起抵消掉 的負(fù)值成分。因此，我們要求：n其中， 可以由 求得； 是源端內(nèi)阻。n同理，

3、可以給出輸出端口的穩(wěn)定電路和相應(yīng)相應(yīng)的穩(wěn)定條件：放大器的穩(wěn)定措施（續(xù)2）由于晶體管輸入、輸出端口之間的耦合效應(yīng)，通常只需要穩(wěn)定一個端口。具體穩(wěn)定那個端口完全取決于電路設(shè)計者。然而，應(yīng)盡量避免在輸入端口增加電阻元件，因為電阻產(chǎn)生的附加噪聲將會被放大。 用增加電阻的方法實現(xiàn)晶體管穩(wěn)定的代價包括：阻抗匹配狀態(tài)可能被破壞，這將會產(chǎn)生功率傳輸損失；由于電阻產(chǎn)生的附加熱噪聲，晶體管的噪聲系數(shù)通常會惡化。其它穩(wěn)定性措施Stabilizing Ckt. Effect on FminStabilizing Ckt. Effect on S21Stabilizing Ckt. Effect on optUsing

4、 S-Parameter Design Amplifier DiagramPower definition輸入功率負(fù)載吸收功率信號源資用功率輸出資用功率轉(zhuǎn)換功率增益工作（實際）功率增益資用功率增益Amplifier Noise不同類型放大器設(shè)計n最大增益設(shè)計；n最小噪聲設(shè)計；n最大輸出功率設(shè)計；n符合特定增益、噪聲或輸入/輸出反射損耗指標(biāo)要求的設(shè)計；n滿足指定增益和噪聲指標(biāo)的寬帶設(shè)計。最大增益設(shè)計輸入/輸出同時共軛匹配工作增益設(shè)計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設(shè)計實例n利用MMBR941設(shè)計一個放大器。放大器的穩(wěn)定性n利用S參數(shù)法設(shè)計放大器，第一步就是確定晶體管是無條件穩(wěn)定或潛在不穩(wěn)定。利用穩(wěn)定性系數(shù)K和晶體管S參數(shù)的 值可以很容易地確定放大器的穩(wěn)定性。n放大器無條件穩(wěn)定的條件是：22211221221112212211121SSKSSS SS S 利用ADS預(yù)置函數(shù)計算穩(wěn)定性穩(wěn)定區(qū)潛在不穩(wěn)定無條件穩(wěn)定放大器的功率增益

6、n轉(zhuǎn)換功率增益n資用功率增益n工作功率增益n最大轉(zhuǎn)換增益;,;sininsLoutoutLLTAor ZZor ZZPGP ;,;sininsLoutoutLLAaAor ZZor ZZPGP max;,;maxmaxmaxsininsLoutoutLTTapTor ZZor ZZGGGGG ;,;sininsLoutoutLLpinor ZZor ZZPGP 最大增益n最大轉(zhuǎn)換增益n最大穩(wěn)定增益2221max2222111LTSLSGS 211210log;MSGSGdBS仿真最大增益仿真結(jié)果最大穩(wěn)定增益最大可用增益單向性nRF電路的單向性指標(biāo)通常是由參數(shù)Unilateral Figure

7、of Merit來衡量的?！癠nilateral Figure of Merit”的值（簡記為U）為。n利用該參數(shù)可以判斷RF電路的單向特性。利用U值計算下列不等式的上、下限。 1/(1+U)(1+U)GT/GTU 1），于是輸入輸出可以共軛匹配并能夠獲得最大可用增益。MS 和 ML 能夠被唯一地確定。在這種狀態(tài)輸入輸出電壓駐波比VSWR= 1 。 共軛匹配反射系數(shù)能夠用ADS中S-parameter palette中測量方程圖標(biāo)Smgam1和Smgam2 計算。n雙向設(shè)計首先了解器件的輸入/輸出穩(wěn)定性園改善穩(wěn)定性的措施n通過在輸入回路添加串聯(lián)電阻或在輸出回路添加并聯(lián)電阻可以很容易地改善晶體管的穩(wěn)定性使其變?yōu)闊o條件穩(wěn)定。例如本例中的晶體管在500MHz時，輸入端添加一個R=0.18(50) = 9 或R= 1/(0.117*0.02) = 430 的并聯(lián)電阻就會使輸入和輸出穩(wěn)定性園