微波通信微波放大器地設(shè)計(jì)講解

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全微波通信課程設(shè)計(jì)說明書微波低噪聲放大器的設(shè)計(jì)起止日期：年_月日至 年月日學(xué) 生 姓 名 TOC o 1-5 h z 班級學(xué)號成績指導(dǎo)教師（簽字）課題名稱微波放大器的設(shè)計(jì)人數(shù)組 長同組人員課題的主要內(nèi)容和要求一、設(shè)計(jì)目的.了解射頻放大器的基本原理與設(shè)計(jì)方法。.利用實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M實(shí)際測量以了解放大器的特性。.學(xué)會(huì)使用微波軟件對射頻放大器的設(shè)計(jì)和仿真，并分析結(jié)果。二、設(shè)計(jì)任務(wù)主要內(nèi)容：1、了解射頻放大器的基本原理與設(shè)計(jì)方法。2 、利用實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M實(shí)際測量以了解放大器的特性。3、學(xué)會(huì)使用微波軟件對射頻放大器的設(shè)計(jì)和仿真，并分析結(jié)果。主要任務(wù)：1、雙邊放大器設(shè)計(jì)。2、單邊放大器設(shè)計(jì)。3、單邊設(shè)

2、計(jì)評價(jià)因子。4 、放大器的穩(wěn)定條件。三、設(shè)計(jì)工作量2周完成具 體 任 務(wù)1、了解射頻放大器的基本原理與設(shè)計(jì)方法。2 、利用實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M實(shí)際測量以了解放大器的特性。3、學(xué)會(huì)使用微波軟件對射頻放大器的設(shè)計(jì)和仿真，并分析結(jié)果。時(shí)間安排與完成情況實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全目錄 TOC o 1-5 h z 一、設(shè)計(jì)原理1二、設(shè)計(jì)設(shè)備4三、設(shè)計(jì)步驟 4四、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析5五、軟件仿真7六、總結(jié)體會(huì)13實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全r s = r in*Go*Gl輸出 匹配電 路r l = r out二端口 有源電路r s r in = S11S111SI2s2l Lr outS 221S22 LS2s21 S1SI1 S微波

3、放大器的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)原理一個(gè)射頻晶體放大器電路可分為三大部分： 二端口有源電路、輸入匹配電路 及輸出匹配電路，如圖1所示。一般而言，二端口有源電路采用共射極（或共源 極）三極管（BJT、FED電路，止匕外，還包括直流偏壓電路。而輸入匹配電路及 輸出匹配電路大多采用無源電路， 即利用電容、電感或傳輸線來設(shè)計(jì)電路。一般 放大器電路，根據(jù)輸入信號功率不同可以分為小信號放大器、低噪聲放大器及功 率放大器三類。而小信號放大器依增益參數(shù)及設(shè)計(jì)要求，可分成最大增益及固定 增益兩類。而就S參數(shù)設(shè)計(jì)而言，則可有單向設(shè)計(jì)及雙邊設(shè)計(jì)兩種。 本單元僅就 小信號放大器來說明射頻放大器之基本理論及設(shè)計(jì)方法。輸入 匹配電 路

4、Gs圖1放大器電路方框圖.單邊放大器設(shè)計(jì)（Unilateral Amplifier Design所謂單邊設(shè)計(jì)即是忽略有源器件S參數(shù)中的S12,即是S12=0o此時(shí)可得:r in = S11 及r out= S22則放大器之單邊轉(zhuǎn)換增益（Unilateral Transducer Gain,G 可為:Gtu GsGoGl其中Gs1 Is11 S1 S2GoS212 Gl 1 I J 2|1 S22 L假若電路又符合下列匹配條件：rs = S11* 及 Fl = S22*則可得到此放大器電路之最大單邊轉(zhuǎn)換增益（Maximum UnilaterlaTransducer Gain,G TU,maJ :

5、Gtu ,max.雙邊放大器設(shè)計(jì)(Bilateral Amplifier Dseign)S12S21 S1S11 S雙邊設(shè)計(jì)即是考慮有源器件S參數(shù)中的S12,即是S2W0。此時(shí)可得:INSI1 S1L 及 outS22S221 $2 L若利用最大增益匹配法（亦稱共腕阻抗匹配法），則可得rs =rin* 及Fl = rou干經(jīng)過推導(dǎo)可利用下列公式計(jì)算出最佳輸入反射系數(shù)rSm和最佳輸出反射系數(shù)r Lm :SmC1BiB2 4 |Ci|22 C1CZB2%：B24 |C22Lm 22 C2其中CiC2S11S11S12S21.單邊設(shè)計(jì)評價(jià)因子(Unilateral Figure of Merit ,

6、 M )在判斷有源元件是否適用單邊設(shè)計(jì)時(shí)，主要看它的評價(jià)因子是否夠小。一般 而言，當(dāng)M值小于0.03或-15dB時(shí)即可采用單邊設(shè)計(jì)其計(jì)算公式如下: TOC o 1-5 h z S1211s2111sl1S22(1S112) (1S222)最大增益誤差比則為:1GT122(1 M)2Gtu,max(1M)2其中G是有源元件的轉(zhuǎn)換增益(Transducer Gain)(1(1S1122.2S| )性2l|(1 | J )S)(1S22 L)S12S21 S4.放大器的穩(wěn)定條件(Stability Criteria(1)無條件穩(wěn)定 Unconditionally stable )一個(gè)良好的放大器設(shè)計(jì)

7、電路除考慮增益和輸出入匹配外，還需要考慮放大器 在工件頻段中是否為無條件穩(wěn)定，以避免電路產(chǎn)生振蕩。如圖 11-2所示:對于一個(gè)放大器電路而言，其有源器件在r s=0及Fl=0情況下，無條件穩(wěn)定 的充要條件為K 1 , |S 11| 1 且 |S 22| 1其中K稱為穩(wěn)定因子(stability factor )2 s2s21(2)條件穩(wěn)定(Conditionally stable )當(dāng)有源器件不符合上述無條件穩(wěn)定的三大規(guī)定時(shí)，即稱為條件穩(wěn)定。在此情況下，在輸入端平面及輸出端平面，必存一些不穩(wěn)定區(qū)域，如圖2所示:11csi - rs| 1| Su | 1 , |S11| 1 , |S221V 1

8、 而條件穩(wěn)定則是|cs|-rs| 1 , |Sii| 1 或 11c l| - r l| 1 ,向20.03,所以不可以用單邊設(shè)計(jì)，而須采用雙邊設(shè)計(jì)。經(jīng)雙邊設(shè)計(jì)計(jì)算公式，可得：最佳輸入反射系數(shù) r sm=0.821，172.6o最佳輸出反射系數(shù) r Lm=0.787，41.2o最大轉(zhuǎn)換增益G Tma=20.821dB。本例中最佳輸入反射系數(shù)和最佳輸出反射系數(shù)經(jīng)匹配Fo,再加入偏壓電路后，可得該放大器電路及模擬結(jié)果。五、軟件仿真1、進(jìn)入微波軟件 MICROWAVE 2、在原理圖上設(shè)計(jì)好相應(yīng)的電路，設(shè)置好 P1,P2,P3,P4端口，完成頻率設(shè)置、尺寸規(guī)范、器件的加載、仿真圖型等等的設(shè)置。3、最后

9、進(jìn)行仿真，結(jié)果應(yīng)接近實(shí)際測量所得到的仿真圖形。4、電路圖，接著是相應(yīng)的仿真圖。圖3模擬結(jié)果仿真過程：使用 Ansoft Designer SV第一步：建立電路圖（工程一插入電路設(shè)計(jì)一空白）第二步：添加襯底信息（電路一加入模型數(shù)據(jù)一加入襯底定義）電介質(zhì)金屬化材料電阻厚度單位H : 20 milEr : 3.38TAND:0.0021(2.4GHz)銅1.724140.669mil（千分之一英寸）第三步：添加BFP540（畫圖一 N節(jié)點(diǎn)）第四步：設(shè)定仿真頻率范圍（電路一添加分析設(shè)置）第五步：執(zhí)行仿真（電路一分析）第六步：確定仿真結(jié)果（電路一報(bào)告）第七步：穩(wěn)定性校驗(yàn)（電路一史密斯工具）第八步：穩(wěn)定性

10、：在晶體管輸出端口連接平行電阻器第九步：執(zhí)行仿真（電路一分析）第十步：穩(wěn)定性校驗(yàn)（電路一史密斯工具）第H一步：選擇功率反射系數(shù)（電路一史密斯工具）：Ga=11.8dB, NF=1.33 Circle第十二步:第十三步:第十四步:= 0.31/142設(shè)計(jì)輸入匹配電路（電路一史密斯工具一匹配符）確定負(fù)載反射系數(shù)設(shè)計(jì)輸出匹配電路（電路一史密斯工具一匹配符）第十五步：完成電路第十六步：執(zhí)行仿真（電路一分析）第十七步：確定仿真結(jié)果（電路一報(bào)告）最終仿真結(jié)果增益11.93dBNF （噪聲系數(shù)）1.53dB輸入回波損耗12.6 dB輸出回波損耗18.6 dB4、布局圖六、總結(jié)體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)，總體來說讓我懂

11、得很多知識，受益匪淺。首先動(dòng)手實(shí)踐比理論課更具趣味性， 同時(shí)更具挑戰(zhàn)性。再者讓我對“實(shí)踐是 檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”這句話又有了進(jìn)一步的理解。 理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐是 檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，不懂理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對我們學(xué)習(xí)是沒有作用的。 本次課程設(shè) 計(jì)，我進(jìn)一步理解了課堂上老師所講的知識，同時(shí)學(xué)到了一些書本以外的知識。 此外，我發(fā)現(xiàn)理論知識也非常重要， 首先要了解熟悉微波低噪聲放大器原理和微波低 噪聲放大器設(shè)計(jì)相關(guān)理論知識。然后了解射頻放大器的基本原理與設(shè)計(jì)方法，利用實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M實(shí)際測量以了解放大器的特性以及學(xué)會(huì)使用微波軟件對射頻放大器的設(shè)計(jì)和仿真，并分析結(jié)果。通過本次課程設(shè)計(jì)，我對射頻放大器的基本原理、微

12、波低噪聲放大器的設(shè)計(jì) 的理解進(jìn)一步鞏固和加深了，提高了綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識的能力； 培養(yǎng)了我 選用參考書，查閱手冊及文獻(xiàn)資料的能力；培養(yǎng)了我獨(dú)立思考，深入研究，分析 問題、解決問題的能力；培養(yǎng)了我嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)， 逐步建立正確的生產(chǎn)觀 念、經(jīng)濟(jì)觀念和全局觀念。課程設(shè)計(jì)是把我們所學(xué)的理論知識進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)并應(yīng)用于實(shí)踐的良好機(jī) 會(huì)，有利于加強(qiáng)我們用知識理論來分析實(shí)際問題的能力，進(jìn)而加強(qiáng)了我們對知識 認(rèn)識的實(shí)踐度，鞏固了我們的理論知識，深化了對知識的認(rèn)識，并為走向社會(huì)打 下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。過程中也遇到許多問題和麻煩，在得到老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，較順 利地進(jìn)行了本次課程設(shè)計(jì)。止匕外，一個(gè)團(tuán)隊(duì)分工合作很重要，沒有完不成的任 務(wù)，只有不團(tuán)結(jié)的隊(duì)伍。我們積極討論， 各抒己見，通過整個(gè)小組成員的努力， 在愉快的合作中很好的完成了自己的任務(wù)，成功地設(shè)計(jì)出了我們的微波低噪聲 放