微波毫米波放大器培訓(xùn)

微波/毫米波放大器原理與設(shè)計(jì)北京理工大學(xué)電子工程系孫厚軍主要內(nèi)容一、低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)二、低噪聲放大器的噪聲特性三、微波晶體管放大器的穩(wěn)定性四、微帶線混合集成放大器基本電路五、低噪聲放大器特性測試六、低噪聲放大器設(shè)計(jì)舉例七、功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)八、微波/毫米波單片放大器一、低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)噪聲系數(shù)與噪聲溫度功率增益、相關(guān)增益與增益平坦度工作頻帶動(dòng)態(tài)范圍端口駐波比和反射損耗三級交調(diào)系數(shù)與1dB壓縮點(diǎn)1、1噪聲系數(shù)與噪聲溫度(1)任意二端口微波部件的噪聲系數(shù)可定義為式中 Si為輸入資用信號功率

Ni為輸入資用噪聲功率

So為輸出資用信號功率

No為輸出資用噪聲功率1、1噪聲系數(shù)與噪聲溫度(2)噪聲系數(shù)的物理意義： 信號通過放大器或其它微波二端口器件之后，由于器件產(chǎn)生噪聲，導(dǎo)致信噪比變壞，信噪比下降的倍數(shù)就是噪聲系數(shù)1、1噪聲系數(shù)與噪聲溫度(3)若二端口器件為放大器，則噪聲系數(shù)的定義可改寫為：

Ga為放大器的資用功率增益1、1噪聲系數(shù)與噪聲溫度(4)噪聲系數(shù)的另一定義實(shí)際上，二端口器件的輸出端所呈現(xiàn)的噪聲可分為兩部分：由系統(tǒng)的外部噪聲造成的部分 為NinGa系統(tǒng)的內(nèi)部產(chǎn)生的，如熱噪聲 為Na則噪聲系數(shù)可定義為1、1噪聲系數(shù)與噪聲溫度(5)噪聲溫度的概念在一定的條件下，噪聲功率可用溫度來表示，我們稱之為噪聲溫度。放大器自身產(chǎn)生的噪聲也可以等效為一個(gè)噪聲溫度Te。Nin=KT0B，Nout=K(T0+Te)Ga用噪聲溫度的定義的噪聲系數(shù)1、1噪聲系數(shù)與噪聲溫度(6)1、1噪聲系數(shù)與噪聲溫度(7)1、2功率增益、相關(guān)增益

與增益平坦度(1)功率增益的定義P1代表信源的資用功率,P2代表50歐姆負(fù)載所能獲得的功率1、2功率增益、相關(guān)增益

與增益平坦度(2)相關(guān)增益的定義噪聲最佳匹配情況下的增益稱之為相關(guān)增益.通常情況下,相關(guān)增益比功率增益要低2-4dB.1、2功率增益、相關(guān)增益

與增益平坦度(3)級聯(lián)情況下的噪聲系數(shù)與功率增益的關(guān)系F為級聯(lián)后的噪聲系數(shù)F1,F2,F3……,Fn分別為第1,2,3…….n級放大器的噪聲系數(shù)Ga1,Ga2,Ga3……,Gan分別為第1,2,3…….n級放大器的噪聲系數(shù)1、2功率增益、相關(guān)增益

與增益平坦度(4)增益平坦度的定義增益平坦度是指在工作頻帶內(nèi)最大增益與最小增益之差。在多路通信的情況下，在前端對全部信道信號進(jìn)行放大，后接終端機(jī)進(jìn)行分路，此時(shí)要求每個(gè)信道的增益起伏不能太大。1、3動(dòng)態(tài)范圍(1)動(dòng)態(tài)范圍低噪聲放大器輸入信號所允許的最小功率和最大功率的范圍。動(dòng)態(tài)范圍的下限取決于放大器的噪聲系數(shù)：為微波系統(tǒng)要求的最小信噪比1、3動(dòng)態(tài)范圍(2)動(dòng)態(tài)范圍的上限有時(shí)定義為放大器輸出功率呈現(xiàn)1dB壓縮點(diǎn)時(shí)的輸入功率;嚴(yán)格定義為放大器非線性特性到達(dá)指定三級交調(diào)系數(shù)時(shí)的輸入功率值1、3動(dòng)態(tài)范圍(3)例:若放大器的噪聲系數(shù)是1.2dB，輸出的1dB壓縮點(diǎn)為10dBm，信號帶寬為40MHz，要求的信噪比為10。則該放大器的動(dòng)態(tài)范圍的下限為-81dBm，上限為10dBm，整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍為91dB。1、4三級交調(diào)系數(shù)與1dB壓縮點(diǎn)二、低噪聲放大器的噪聲特性2、1最佳信源導(dǎo)納與噪聲匹配(1)放大器增益最大的條件或2、1最佳信源導(dǎo)納與噪聲匹配(2)放大器的噪聲系數(shù)最低時(shí),存在失配現(xiàn)象,物理意義如下在本征FET的柵極端口和漏極端口存在柵極感應(yīng)噪聲源和漏極噪聲源,這兩個(gè)噪聲源是相關(guān)的,若FET的輸入口存在一定的失配,可以調(diào)整柵極感應(yīng)噪聲與漏極噪聲之間的相位關(guān)系,從而造成噪聲系數(shù)的下降.2、1最佳信源導(dǎo)納與噪聲匹配(3)為獲得放大器的最佳噪聲系數(shù),從FET的輸入口向信源看去的反射系數(shù)存在一個(gè)最佳值.即即放大器具有最小噪聲系數(shù)2、1最佳信源導(dǎo)納與噪聲匹配(4)2、1最佳信源導(dǎo)納與噪聲匹配(5)一般情況下,給出四個(gè)微波管的等效噪聲參數(shù)2、1最佳信源導(dǎo)納與噪聲匹配(6)有時(shí)給出微波管的最佳源導(dǎo)納Yopt2、2等噪聲源要維持一個(gè)固定的噪聲系數(shù),s在Smith圓圖上的軌跡為一個(gè)圓,稱之為等噪聲圓利用等噪聲圓可以直觀地了解放大器的噪聲變化規(guī)律2、2多級放大器的噪聲分配(1)低噪聲放大器前加隔離器2、2多級放大器的噪聲分配(2)低噪聲放大器前加隔離器2、2多級放大器的噪聲分配(3)低噪聲放大器和混頻器級聯(lián)2、2多級放大器的噪聲分配(4)低噪聲放大器和混頻器級聯(lián)低噪聲放大器的噪聲系數(shù)低噪聲放大器的功率增益混頻器的雙邊帶噪聲系數(shù)傳輸線和鏡像抑制濾波器的損耗LNA設(shè)計(jì)舉例LNA設(shè)計(jì)舉例FREQS11S12S21S22SParametersofN76038aLNA設(shè)計(jì)舉例LNA設(shè)計(jì)舉例LNA設(shè)計(jì)舉例LNA設(shè)計(jì)舉例INPUTMATCHINGCIRCUITALPHAAA028N1-00ALPHAAA028N1-00HMMC-5040的原理圖HMMC-5040的電路版圖HMMC-5040的主要技術(shù)指標(biāo)TypicalGainandIsolationVSFrequencyOutputPower&GainVSFrequencyCharacteristicsSingledrainandsinglegatesupplyassemblyfortriplerandstandardamplifierapplicationsSeparatefirst-stagegatebiassupplyforanymultiplieroramplifierapplicationDieAttachMethodsBothsolderandepoxymaybeusedforthedieattachofallMMICproductstosubstratesandmetalstructures.Thechoiceofdieattachmethodisinfluencedbythermalconductivityrequirementsandequipmentavailability.SolderDieAttachDieAttachMethodsForSolderdieattach,ThepreferredmaterialisAuSn(Au80%,Sn20%).ExpansionPropertiesandThermalConductivityaretwofactorstobenoticedtoselecttheproperSoldermaterialsTheadvantageofthesolderdieattachisTheexcellentthermalconductivitythatresultinthelowerjunctiontemperatureandimprovedthechipreliability.

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