清华大学：《通信电路原理》教学资源（PPT课件）射频通信电路 第1章 微波晶体管放大电路 § 1.7 微波晶体管放大器 1.7.4 宽频带放大器 1.7.5 微波放大器的CAD技术

1.7.4宽频带放大器 无损匹配特点 电路简单 噪声特性好 频带不宽 <30 驻波比差 宽频带放大器种类 并联负反馈一低微波频段 有损匹配一简单,效果不很好 行波放大一单片集成或管芯组装 平衡式放大器一频带受电桥限制,驻波比小

1 1.7.4 宽频带放大器 • 电路简单 • 噪声特性好 • 频带不宽 < 30 % • 驻波比差 * 无损匹配特点 * 宽频带放大器种类 • 并联负反馈--低微波频段 • 有损匹配--简单，效果不很好 • 行波放大--单片集成或管芯组装 • 平衡式放大器--频带受电桥限制，驻波比小

、并联负反馈放大器 单级负反馈 漏极电感可以提升高频 栅极电感可以改善噪声 两极负反馈

2 一、并联负反馈放大器 单级负反馈 漏极电感可以提升高频 栅极电感可以改善噪声 两极负反馈

微波电路并联负反馈特点: 负反馈相位不是180°:因为S21有相移 微带引线有分布参数效应 元件尺寸有影响 噪声加大:噪声相位、频率随机,带外大部分为正反馈 适用于低频波段:<GHz,<5GHz(因为元件尺寸较大) 频带足够宽:001--5GHz 驻波比改善

3 微波电路并联负反馈特点: • 负反馈相位不是180o：因为S21有相移 • 微带引线有分布参数效应 • 元件尺寸有影响 • 噪声加大：噪声相位、频率随机，带外大部分为正反馈 • 适用于低频波段: <3GHz, <5GHz (因为元件尺寸较大) • 频带足够宽: 0.01 -- 5GHz • 驻波比改善

二、有损匹配电路 有损串联高通型 有损并联高通型 (电阻是吸收损耗元件 有损匹配特点 电容是减弱高频损耗的 旁路电容。结构简单, 只能用于级间(损耗对噪声性能影响较大) 易实现,性能稳定。 可以压低低频增益 改善稳定性 噪声系数变坏

4 二、有损匹配电路 有损并联高通型 有损串联高通型 • 只能用于级间(损耗对噪声性能影响较大) • 可以压低低频增益 • 改善稳定性 • 噪声系数变坏 R 4 l h R 有损匹配特点： (电阻是吸收损耗元件, 电容是减弱高频损耗的 旁路电容。结构简单， 易实现，性能稳定。)

分布式放大器(行波式放大器) Ig+lg RL ld - ld RL 每只微波管从输入微带线耦合出一部分P、进行放大 当栅线和漏线保持同速传播时 放大后右向波叠加,左向波部分相互抵消

5 lg ld Zg Zd lg lg ld ld Zd Ps C RL C RL Pout Zg Zg Zd 三、分布式放大器(行波式放大器) • 每只微波管从输入微带线耦合出一部分Ps进行放大 • 当栅线和漏线保持同速传播时 放大后右向波叠加，左向波部分相互抵消

FET简化等效电路 Rds gmVi °输入线电路 P lg R R 6

6 lg3 Ps lg1 lg2 Rgs Rgs Cgs Zg Rgs Rgs Cgs Cgs Cgs Zg Zg Zg Rgs Rds Cgs Cds gmvg • FET简化等效电路 • 输入线电路

FET输入等效元件 等效 R 可以改成并联 Cgs lg lg oCR - C-R C-R C-R 输入线等效阻抗:z。= +C./l 信号沿栅极线传播,各栅极电压依次为: g'g

7 Rgs Cgs Cgs 等效 CgsRgs 2 2 w lg3 Ps lg1 lg2 Cgs Zg CgsRgs 2 2 w CgsRgs 2 2 w CgsRgs 2 2 w CgsRgs 2 2 w Zg Zg Zg Cgs Cgs Cgs FET输入等效元件 可以改成并联 输入线等效阻抗： g gs g g ge C C l L Z + / = 信号沿栅极线传播，各栅极电压依次为： , 2 1 g g l g g V V e − = , 2 3 1 g g l g g V V e −  = g g l g g V V e 3 4 1 − Vg1 , =

输出线等效电路 mgll gmVg3 gr Rd R Cds CdsT R R Cds Z P out ldl ld2 输出线等效阻抗 为了提高增益可以在输出端级联同样的放大器

8 Zd C ld1 ld2 ld3 Pout Zd Zd Zd Cds Rds Rds Rds Rds Cds Cds Cds gmvg1 gmvg2 g gmvg4 mvg3 • 输出线等效电路 • 输出线等效阻抗： • 为了提高增益可以在输出端级联同样的放大器。 d ds d d de C C l L Z + / =

四、平衡式放大器 P1输入匹 FET GP1输出匹 GP10° 90配电路 4270配电路 GP2180 P2」输入匹 GP2|输出匹 GP1-9 180配电路 FET 00 配电路 909GP0 3dB耦合器 3dB耦合器 组成:2个单管放大器 2个3dB耦合器

9 四、平衡式放大器 3dB耦合器 FET FET 3dB耦合器 P0 GP0 -900 -1800 P1 P2 -2700 0 0 GP1 GP2 GP1 GP1 GP2 GP2 0 0 1800 -900 -900 输出匹 配电路 输出匹 配电路 输入匹 配电路 输入匹 配电路 组成: 2个单管放大器 2个3dB耦合器

1.分路合路器(正交耦合器) a zn/√2 Zo 4 Zo Zo 频带:10% 频带:倍频程 A.各口匹配:S1=S2=S3=S4=0 B.1-4、2-3口相互隔离:S14=S41=0S23=S32=0 C.邻口输出功率等分,相差90 j(中+=) Je jo e 12 3 B

10 1. 分路合路器(正交耦合器) 4 l f = 4 l 4 l Z0 Z0 Z0 Z0 Z0 Z0 / 2 Z0 / 2 Z0 4 l 1 2 3 4 1 a 1 b 2 a 2 b 3 a 3 b 4 a 4 b Gin Gin 1 4 2 3 Z0 Z0 Z0 Z0 频带：10% 频带：倍频程 A. 各口匹配：S11 ＝S22 ＝S33 ＝S44 ＝0 B. 1－4、2－3口相互隔离： S14 ＝S41 ＝0 S23 ＝S32 ＝0 C. 邻口输出功率等分，相差900：  f = = = = = − 2 12 21 34 43 j e S S S S  f  f = − = = = = = − − + 2 2 ) 2 ( 1 3 3 1 2 4 4 2 j j e j e S S S S