基于Matlab的RF电路设计与仿真 第5页

基于Matlab的RF电路设计与仿真 第5页
3.3.2放大器的稳定措施
如果在工作频段内场效应管或双极结晶体管处于非稳定状态，则要采取适当措施使晶体管进入稳定状态。已知非稳定时：
 和  这表明非稳定状态有 和。所以，稳定有源器件的一个方法是在不稳定的端口增加一个串联或并联的电阻。图3-5给出了输入端口的电路，要求： 或                                             (3.19a)
同理，图3-6给出了输出端口的稳定电路，相应条件是
 或                  (3.19b)
由于晶体管输入、输出的耦合效应，通常只需稳定一个端口。应尽量避免在输入端口增加电阻元件，因为电阻产生的附加噪声将会被放大。用增加电阻的方法实现晶体管稳定的代价包括：阻抗匹配状态可能被破坏，这将会产生功率传输损失；由于电阻产生的附加热噪声，晶体管的噪声系数通常会恶化。
3.4 增益恒定
3.4.1 单向化设计法
要使放大器获得预定的功率增益，如果忽略晶体管自身反馈的影响（），则可以采用（3.7）式定义的单向化功率增益，参考图3-7
改写此公式，则：        (3.20)
由于增益计算通常采用dB表示，（3.20）式也写为：
                          (3.21)
其中和是与输入、输出匹配网络有关的增益分量，是晶体管的插入增益。如果和都小于1，且输入、输出端口都匹配（即有,），则有最大单向化功率增益，此时可得：                          （3.22）
                           （3.23）
和的贡献可以用它们的最大值来归一化，即     （3.24）
其中ii=11,22对应于i=S,L。从（3.24）式中求解反射系数，求解结果是一族圆，其圆心坐标为：                                          （3.25）
圆半径为：                     （3.26）即为等增益圆方程。
3.4.2 单向化设计误差因子
单向化设计法包含了一个近似条件，即忽略了放大器的反馈效应，或者说反向增益。为了估计此近似条件产生的误差，引入单向化设计误差因子：
                         (3.27)
在评估单向化设计方案时，这个误差因子应当尽量小。

3.4.3 双共轭匹配设计法
该设计法没有忽略晶体管的反馈效应，匹配信号源反射系数为：
                                （3.28）
其中和                            (3.29)
同理，匹配负载反射系数为：
                                 （3.30）
其中和                           (3.31)
在绝对稳定的条件下可导出（3.28）、（3.30）式的解。
由上最佳匹配条件可以表示为：                         (3.32)
和                           (3.33)
3.4.3 功率增益和资用功率增益圆
对于设计有预定增益要求的放大器，考虑了输入、输出端口互耦效应的双共轭设计法有两种方案选择。
第一个方案是采用由（3.9）式定义的功率增益G。此时假设源与输入反射系数处于共轭匹配状态（即），并由此求出负载反射系数。这种方法导出的输入电压驻波比。
第二个方案是利用（3.8）式定义的资用功率增益。此时假设放大器的输出端口处于良好匹配状态（即），然后通过调整负载以便达到预定的增益。这种方案导出的输出电压驻波比时，则这种方案就是最佳设计方案。
等功率增益圆方程：                              （3.34a）
其中圆心坐标为：                           (3.34b)
圆半径为：                         (3.34c)
其中，为比例系数，其定义为：         (3.35)
上述（3.34）式为平面上的等增益圆方程，利用将圆映射为平面上的圆，即：
                            （3.36a）
其中圆心坐标为：                  (3.36b)
圆半径为：                                (3.36c)

等资用功率增益圆方程：                             （3.37）
其中圆心坐标为：                             (3.38)
圆半径为：                           (3.39)
3.5 噪声系数圆
对许多射频放大器来说，在低噪声前提下对信号进行放大是系统的基本要求。噪声分析的关键参数是以导纳形式定义的两端口放大器的噪声系数：
                                 （3.40）
以及等价的阻抗表达式：                        (3.41)
其中是源阻抗。4个噪声参数是：
最小（最佳）噪声系数，它与偏置条件和工作频率有关。当时，可得到最小噪声系数。如果器件没有噪声，则=1。
器件的等效噪声电阻
最佳源导纳，与最佳反射系数的关系为：
                       （3.42a）
噪声系数F：                            （3.42b）
噪声系数圆方程为：                       （3.43a）
常数                                    （3.44）
该圆圆心坐标                           （3.43b）
相应的圆半径为：                    （3.43c）
所有等噪声系数圆的圆心都落在原点与的连线上。噪声系数越大，圆心距离原点越近而且圆半径越大。
3.6 等驻波比圆
考察如图3-8所示的电路原理图。作为射频放大器特性参数的两个电压驻波比为：
  和                    (3.45)
输入端口的驻波比（）由输入端口的匹配网络（IMN）确定，而该网络又受到有源器件的影响以及由反馈效应带来的输出匹配网络（OMN）的影响。由于反馈效应的存在，输出端口的驻波比（）既取决于输出端口的匹配网络，也与输入端口的匹配网络有关。
输入功率可以表示为资用功率的函数（假设）：
                                (3.46)  
假设匹配网络是无耗的，则有源器件输入端口得到的功率与无匹配网络时的情况相同：                                （3.47）
令两式相等并解出||则有：                 （3.48）
方程（3.48）式可以变换为以为自变量的圆方程：
                         (3.49)
其中圆心为：               （3.50）
  半径为：                         （3.51）
此处和的下标表示输入端口匹配网络的电压驻波比。
同理：输出端口的驻波比圆方程如下：
                    (3.52)
其中圆心为：              （3.53）
  半径为：                        （3.54）

上一页  [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]  ... 下一页  >> 

基于Matlab的RF电路设计与仿真 第5页下载如图片无法显示或论文不完整，请联系qq752018766