1
§ 1.5 小信号微波晶体管放大器
§ 1.5.1 有源二口网络的 S参数原因：物理含义确切，易测量
a 2
b 1
b 2
a 1
1
1'
2
2'
[S]
0
1
1
11 2| aa
bS
0
1
2
21 2| aa
bS
0
2
1
12 1| aa
bS
0
2
2
22 1| aa
bS
测量：开路测阻抗参数 Z
短路测导纳参数 Y
匹配测散射参数 S
0
2
1
120
1
2
21
0
2
2
220
1
1
11
12
12
II
II
I
U
Z
I
U
Z
I
U
Z
I
U
Z
0
1
2
120
2
1
21
0
2
2
220
1
1
11
21
12
UU
UU
U
I
Y
U
I
Y
U
I
Y
U
I
Y
2
FET 的 S参数
R g
C gs
R gs
C dg
C dc
g m v gs
G ds
C ds
R d
Rs
G D
S
有封装无封装封装外壳很重要,降低性能恶化，寄生参数小，散热、尺寸
3
由于,代入负载反射系数,
解得
§ 1.5.2 微波晶体管放大器增益一、输入输出阻抗
G
in
G
o u tG 1 G L
AC
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so
Z L0
F ET
a 1 a 2
b 2b
1
G
s
G
2
Z in
Z out
[S ]
in
in
in ZZ G?
G
1
1
0
out
out
out ZZ G?
G
1
1
0
L
L
in S
SSS
a
b
G?
GG
22
2112
11
1
1
1
S
S
out S
SSS
a
b
G?
GG
11
2112
22
2
2
1
同法得
2221212
2121111
aSaSb
aSaSb
L
L
bSaSb
bSaSb
G
G
2221212
2121111
S12?S21 有源器件二端口网络是非互易网络；
对不同的工作频率和直流工作点，晶体管的 S参数不同。
2
2baL?G
自学 p.18
4
二、功率增益转换功率增益 GT Transducer Gain
最大功率增益 MAG Maximum Available Gain
最大稳定功率增益 MSG Maximum Stable Gain
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
a
L
T SSSS
S
P
PG
GG?G?G?
G?G
转换增益定义：负载吸收的功率 PL与信源资用功率 Pa之比
Pa是指负载与信源共轭匹配时信源能给出的最大信号功率自学 pp.19~21
G in G o u tG 1 G
L
AC
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so
Z L0
F ET
a 1 a 2
b 2b 1
G s G 2
Z in Z out
[S ]
5
GT 的基本概念,
1,物理意义：插入放大器后负载实际得到的功率与无放大器时可能得到的最大功率比
2,和 S参数,输入,输出阻抗 (GS,G L)有关
3,双向共轭匹配,GS = Gin*,GL = Gout* -- MAG (共轭匹配是实部相等,虚部抵消,无反射,传输功率最大 )
4,输入,输出都无反射匹配,G S = G L = 0?
GT = |S21|2 < MAG
6
由于输入口共轭匹配,即 GS = Gin*,GT只随 GL而变化,且 GT是
GL的二次方程,等增益即 GT为常数时的 GL在 GL复平面上是圆 。
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
a
L
T SSSS
S
P
PG
GG?G?G?
G?G
圆心位置：
圆半径：
)(1 2222
*
2
Sg
Cg
a
a
a?
)(1
21
22
22
22
21122112
Sg
gSSgSSK
r
a
a
a
a
2112
22
22
2
11
2
1
SS
SSK
21122211 SSSS
*11222 SSC
22
aaL rG?
等增益圆的半径和圆心 是：
2
21S
Gg T
a?
7
等 增 益 圆在史密斯圆中呈现等增益圆
MAG
- 2 d B
- 4 d B
- 8 d B
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
T SSSS
SG
GG?G?G?
G?G
GS=Gin*,GL=Gout*时,是共轭匹配,增益最高,GT = MAG
GS?Gin*,GL?Gout*时,失配,
增益下降
8
§ 1.5.3 微波放大器稳定性
1
1
1G
a
b
in
G in
G L
A C
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
R 0
R 0
FET
S 12
S 11
微波管有内部反馈 S12是反馈,S12,S21有相位移判断不稳定依据,输入或输出端是否等效有负阻一、稳定性判别圆
22
0
22
0
0
0
)(
)(
inin
inin
in
in
in XZR
XZR
ZZ
ZZ
G
L
L
in S
SSS
G?
GG
22
2112
11 1
9
稳定性判别圆的建立
( )
in
GRe
( )
in
GIm ( )
L
GIm
( )
L
GRe
in
G
L
G
2è?¨
2è?¨
è?¨
( )
L
GIm
( )
L
GRe
L
G
11
S
è?¨
S 2?2
S 2?2
1?G
in
1?G
L
1?G
L
输入端稳定性判别圆
21122211
22
11
22
2112
11
1
1
11
SSSS
S
S
S
SSS
a
b
L
L
L
L
in
G?
G
G?
GG
--分式线性变换无源负载：
|GL|<1
10
稳定性判别圆位置
2222
*
22
S
CR
22
22
21122
S
SSP
*222 11SSC
21122211 SSSS
输入端稳定性判别圆圆心位置向量判别圆的半径
输出端稳定性判别圆圆心位置向量判别圆的半径式中,
22
11
*1
1 S
CR
22
11
2112
1 S
SSP *22111 SSC
|Gin|=1 自学 p.22
11
( )
L
GIm
( )
L
GRe
( )
L
GIm
( )
L
GRe
S 2?2
( )
L
GIm
( )
L
GRe
S 2?2
S 2?2
S 2?2
S 2?2
S 2?2
1 1 1
1 1 1
( )
L
GRe
( )
L
GIm
( )
L
GIm
( )
L
GIm
( )
L
GRe ( )
L
GRe
( a ) ( b) ( c )
( d) ( e ) ( f )
K >1
K >1 K >1
K <1
K <1
K <1
记住
(a)
(b)
(e)
阴影范围：不稳定区
12
多频率点稳定性判别圆
f 3
f 4
f 1
f 2
ò? ó§￡o?μ ′÷ μ? 2è?¨?÷
D ae?2
D ae?2
D ae?2
13
小结
1,潜在不稳定原因：管内反馈 S12
2,用判别圆确定造成 不稳定 的 GS,G L的 范围
3,判别圆大小、位置取决于自身 S参数
4,稳定情况有六种可能性 (书 p.24)，需记住
(a) 绝对稳定
(b),(e) 潜在不稳定，设计放大器时选 GS,G L稳定区
14
二、绝对稳定的充分必要条件
绝对稳定的必要条件依据：
化简得定义稳定性系数
绝对稳定的充分必要条件
121
2112
22
22
2
11
SS
SSK
2112
2
22
2112
2
11
1
1
SSS
SSS
2222
*2
2 S CR
22
22
21122
S
SSP
122 PR
121
2112
22
22
2
11
SS
SS
2112
22
22
2
11 21 SS SSK
R 2
P 2
D ae?2
1
22
3? PR
122 RP
自学 pp.23~25
R 2
P 2
D ae?2 1
22
3? RP
15
三、稳定性系数的性质
1,K<1是潜在不稳定，有自激振荡的可能性
2,信源反射波小于信源入射波时不振荡：
AC
S
a 1
b 1
a 10
Z
Z 0
S
G
in
G
110 aa?
1110 aba inSS?GGG?
11 aainSGG
1?GG inS
由图可知得到不自激振荡条件：
16
3,信源阻抗对稳定性有影响
AC
S
a 1
b 1
a 10
Z
Z 0
S
G
in
G
1?GG inS
不自激振荡条件：
* 信源阻抗 50欧姆 时，不会产生振荡
* 实际天线通常不是全匹配，尤其频带外失配较大
* 移动通信天线受环境影响大，源阻抗变化大基本规律：
17
4,网络两端口串联或并联电抗时，总网络 K不变
S
K
Ka
jx
jb
jx
jb
K = Ka
5,网络两端口串联或并联电阻时,总网络 K增加,即稳定性改善
6,网络两端口之间加电抗时 (反馈 )，总网络 K改变串联负反馈可以在一定频带内加大 K值，改善稳定性，是常用方法
S
K
Ka
jx
SK
Ka
jx
jX
Zs
L
18
§ 1.6 放大器噪声参数
§ 1.6.1 有源网络噪声参数一般表示式噪声来源,BJT 热噪声散粒噪声 （发射极）
（收集极）
(分配）
闪烁 (1/f)噪声最小噪声系数
FET
沟道热噪声栅感应噪声谷际散射与高场扩散噪声闪烁噪声最小噪声系数
)/211(1m i n hhNF 204.0
T
bc f
frIh
Tf
fCPRNF )1(21 2
m i n
fk Tre bnb '2 4
fqIi ene 22
fqIi cnc 22
)(22 fFfqIi cn
PgfkTi mnd 02 4
( )RgCfkTi mgsng 0222 /4
19
噪声参数估算
Bk T G
UYiBk T GNF
s
nsns
4
4 2
Bk T G
iuYuYi
s
nnsnsn
4
)R e (21 *222
SSS jBGY
根据定义
B=?f
网络输出端信源噪声电流均方值,
网络输出端总噪声电流均方值,
BkTGi Sns 42 0?
22 02 0 nSnnSn uYiii
BkTRu nn 42?
等效噪声电压源用等效噪声电阻 Rn表示,
2
0
2
0
ns
n
i
iNF
噪声功率仅由信源产生的输出端输出端总噪声功率
G s
óD?è éù í÷
T?è éù í÷
Y s
Y s
Z
Z
ZY
s
(a)
(b)
(c)
2
n
i
2
n
i
2
n
u
2
n
u
2
ns
i
20
求最小值,令,求得算得 — 最小噪声系数
— 最佳的信源内导纳换算的非最佳源导纳时的噪声系数
0
SB
NF 0?
SG
NF minNF
minNF )(m in SYfNF?
optoptopt jBGY
2
m i n o p tS
S
n YYGRNFNF
2
2
0m i n 1
s
o p tSNNF
G?
G?G
20 1
4
opt
optnGRN
G?
— 最小噪声系数
— 等效噪声电阻
— 最佳的信源反射系数
minNF
nR
o p tjoptopt e?G?G
NF性质,
Ys=Yopt时噪声最小
Ys与 Yopt偏离时，噪声与 Rn有关自学 pp.26~27
21
噪声参数 (NFmin,|Gopt|,?opt,Rn)的测量
μ÷÷1
FETA
μ÷÷2?- ′÷?è éù?′?è éù?μ êy2a ê? ò?
1,调整可调匹配器 1和可调匹配器 2，先使 NF达到最小，再使增益最大，即输出达到匹配，得 NFmin
2,调匹配器 1不动,关噪声源,去掉被测微波管,用网络分析仪测反射系数得
o p tjoptopt e?G?G
μ÷÷ 1
A
í÷ ò- ′÷
è éù?′
o p tS G?G
3,调偏，使 NF略增加，测出 GS和 NF，用下式算出 Rn
2
2
m i n 11
4
s
o p tS
o p t
o p tn GRNFNF
G?
G?G
G
4,改变频率，重复以上各步。
0
0
1
RYG o p t
22
N
opt
F?
G?
1?
)1(111 2o p tF NNNr G
§ 1.6.2 等噪声系数圆和等增益圆
2
2
0m i n 1
S
optSNNFNF
G?
G?G根据 移项 NNNFNF
S
o p tS?
G?
G?G
2
2
0m i n 1/)(
自学 pp.28~29
0
m inNFFN
等噪声系数圆心位置等噪声系数圆半径
22
FFS rG?
23
M A G
N F
m i n
G
o p t
G
a
- 1 dB
- 3 dB
ù
2dB
1dB
1.5dB
-2dB
MAG— 最大增益（双向共轭匹配）
特点,等噪声系数圆的圆心都在 Gopt到原点的连线上。
阻抗圆图上的等噪声系数圆和等增益圆阻抗圆图上的 NFmin值对应的是信源阻抗 Zopt值，要求 Yopt值需将幅角加?
最佳噪声要求的 GS与最大增益要求的 GS并不一致。如果要 NF最佳，
增益要下降，在 NFmin处的增益用
Ga表示 (相关增益 )
24
双向共轭匹配时，最大增益
转换增益
§ 1.7 微波晶体管放大器
§ 1.7.1 放大器的增益
G in G o u t G L
A C
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so Z L0FET
a 1 a 2
b 2b
1
G s
Z s 1 Z s 2
S 11 ampG s0 G L0S 22amp
*
11
2112
22
* )
1( S
S
o u tL S
SSS
G?
GG?G *
22
2112
11
* )
1( L
L
inS S
SSS
G?
GG?G
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
a
L
T SSSS
S
P
PG
GG?G?G?
G?G
25
有潜在不稳定情况的等增益圆
- 2d B
- 4d B
- 8d B
¨±
G s2
增益公式的几种表示式
*outL G?G *
inS G?G
当 时,
)1( 2
12
21m a x KKSSG T
2112
22
22
2
11
2
1
SS
SSK
最大功率增益 MAG
K=1的临界情况，得最大稳定增益：
12
21
S
SM SG?
12
2110)(
S
SL o gdBM S G?
26
放大器的输出与输入驻波比驻波比
G in G o u t G L
A C
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so Z L0FET
G SS 11 ampG S0 G L0S 22amp
S amp
a m p
a m p
S
SS W R
11
11
1
11
a m p
a m p
S
SS W R
22
22
1
12
G
f
f 1 f 2
MA G
f
f 1 f 2
S WR
增益与驻波比随频率的变化：
27
〃ó?÷?ì
反射损耗与隔离器反射损耗定义：
反射损耗不良时的后果：
损失信号能量数字通信误码率增大群时延特性变坏电视图像重影系统不稳定
改善反射损耗的措施：
铁氧体隔离器正向衰减反向隔离
dB2.0~15.0
dB25~15
aa m p L o gSL o gdB G 2020)( 111?
aa mp L o gSL o gdB G 2020)( 222?
28
§ 1.7.2 多级放大器噪声
in
in
N
S?￠ 2¨ ′ó?÷ê? èè ê? 3?
o ut
o ut
N
S噪声系数
定义
n
no
P
PNF
噪声功率仅由信源产生的输出端输出端总噪声功率
GN
N
S
S
N
N
NS
NSNF
in
o u t
o u t
in
in
o u t
o u to u t
inin 1
/
/
Sin,Nin?输入信号功率和输入噪声功率
Sout,Nout?输出信号功率和输出噪声功率
物理含义：信号通过放大器以后，信号 /噪声比变坏的倍数
单位,NF(dB) = 10 Log NF
29
R g
2
ne R L
匹配时,Rg=RL，信源阻抗 Rg产生的热噪声
BRkTe gn 02 4?
匹配时信源产生的热噪声功率
( ) BkT
R
eP
g
n
n 0
22/
信源 Rg必产生的热噪声功率 kT0B
30
多级联放大器 噪声系数
〃ó?÷ 1÷ 〃ó?÷ 2 〃ó?÷ 3
L 0
P no
G 1 G 2 G 3 F 3F 2F 1
P 0
n
no
P
PNF?
0
3210 L GGGBkTP n? 4321 PPPPP no
3210
321
0
00321
0
01
1)1(1
GGBGkT
GGG
L
BkTLGGG
L
BkTP
321012 )1( GGBGkTFP
32023 )1( GBGkTFP
3034 )1( BGkTFP
整机噪声系数
1,根据 NF定义衰减倍数就是噪声系数
2,衰减器不能衰减 kT0B
31
)11(
21
3
1
2
10 GG
F
G
FFLNF
)()(
)11(1010)(
0
21
3
1
2
10
dBFdBL
GG
F
G
FFL ogL og LdBNF
1,放大器前的衰减量是噪声增加量
2,后级噪声影响减弱
3,由于 F1最小时 G1不是最大,最好找出 F1和 G1的最佳比例,使总的噪声系数最小 。
整机噪声系数
32
信源内阻噪声 Nin = kT0B
信源产生的输出噪声 kT0BG
放大器产生的输出噪声 kTeBG
输出端总噪声 Nout = k(T0+Te)BG
噪声系数 NF = Nout / (kT0BG) = 1+Te / To
Te = To (NF-1)
KToBNin￠ 2¨ ′ó?÷
Te
KTe B G
KToB G
ò? G
AC
Zo
Zo
噪声温度
N F ( d B ) 0,2 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0 3,0
T e ( K ) 1 3,8 1 2 0,9 6 3 5,7 5 5 9,2 6 7 5,8 7 1 2 0,9 1 7 1,3 2 9 1,6
举例 T0=293K
物理含义：放大器产生的噪声功率等效于 (T0+Te)的物体在其输入端产生的热噪声
33
各级产生的噪声
〃ó?÷ 1÷ 〃ó?÷ 2 〃ó?÷ 3P n
L 0
P no
G 1 G 2 G 3T e1 T e2 T e3
32112 GGBGkTP e?
334 BGkTP e?
3223 GBGkTP e?
32101 GGBGkTP?
)()1(
)1()1(
21
3
1
2
1000
0
0
00
GG
T
G
T
TLTL
T
P
P
TNFT
ee
e
n
n
e
321
0
0
43210
1 GGG
LBkT
PPPP
P
PNF
n
n
多级放大器噪声温度整机噪声温度
§ 1.5 小信号微波晶体管放大器
§ 1.5.1 有源二口网络的 S参数原因：物理含义确切，易测量
a 2
b 1
b 2
a 1
1
1'
2
2'
[S]
0
1
1
11 2| aa
bS
0
1
2
21 2| aa
bS
0
2
1
12 1| aa
bS
0
2
2
22 1| aa
bS
测量：开路测阻抗参数 Z
短路测导纳参数 Y
匹配测散射参数 S
0
2
1
120
1
2
21
0
2
2
220
1
1
11
12
12
II
II
I
U
Z
I
U
Z
I
U
Z
I
U
Z
0
1
2
120
2
1
21
0
2
2
220
1
1
11
21
12
UU
UU
U
I
Y
U
I
Y
U
I
Y
U
I
Y
2
FET 的 S参数
R g
C gs
R gs
C dg
C dc
g m v gs
G ds
C ds
R d
Rs
G D
S
有封装无封装封装外壳很重要,降低性能恶化，寄生参数小，散热、尺寸
3
由于,代入负载反射系数,
解得
§ 1.5.2 微波晶体管放大器增益一、输入输出阻抗
G
in
G
o u tG 1 G L
AC
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so
Z L0
F ET
a 1 a 2
b 2b
1
G
s
G
2
Z in
Z out
[S ]
in
in
in ZZ G?
G
1
1
0
out
out
out ZZ G?
G
1
1
0
L
L
in S
SSS
a
b
G?
GG
22
2112
11
1
1
1
S
S
out S
SSS
a
b
G?
GG
11
2112
22
2
2
1
同法得
2221212
2121111
aSaSb
aSaSb
L
L
bSaSb
bSaSb
G
G
2221212
2121111
S12?S21 有源器件二端口网络是非互易网络；
对不同的工作频率和直流工作点，晶体管的 S参数不同。
2
2baL?G
自学 p.18
4
二、功率增益转换功率增益 GT Transducer Gain
最大功率增益 MAG Maximum Available Gain
最大稳定功率增益 MSG Maximum Stable Gain
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
a
L
T SSSS
S
P
PG
GG?G?G?
G?G
转换增益定义：负载吸收的功率 PL与信源资用功率 Pa之比
Pa是指负载与信源共轭匹配时信源能给出的最大信号功率自学 pp.19~21
G in G o u tG 1 G
L
AC
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so
Z L0
F ET
a 1 a 2
b 2b 1
G s G 2
Z in Z out
[S ]
5
GT 的基本概念,
1,物理意义：插入放大器后负载实际得到的功率与无放大器时可能得到的最大功率比
2,和 S参数,输入,输出阻抗 (GS,G L)有关
3,双向共轭匹配,GS = Gin*,GL = Gout* -- MAG (共轭匹配是实部相等,虚部抵消,无反射,传输功率最大 )
4,输入,输出都无反射匹配,G S = G L = 0?
GT = |S21|2 < MAG
6
由于输入口共轭匹配,即 GS = Gin*,GT只随 GL而变化,且 GT是
GL的二次方程,等增益即 GT为常数时的 GL在 GL复平面上是圆 。
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
a
L
T SSSS
S
P
PG
GG?G?G?
G?G
圆心位置：
圆半径：
)(1 2222
*
2
Sg
Cg
a
a
a?
)(1
21
22
22
22
21122112
Sg
gSSgSSK
r
a
a
a
a
2112
22
22
2
11
2
1
SS
SSK
21122211 SSSS
*11222 SSC
22
aaL rG?
等增益圆的半径和圆心 是：
2
21S
Gg T
a?
7
等 增 益 圆在史密斯圆中呈现等增益圆
MAG
- 2 d B
- 4 d B
- 8 d B
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
T SSSS
SG
GG?G?G?
G?G
GS=Gin*,GL=Gout*时,是共轭匹配,增益最高,GT = MAG
GS?Gin*,GL?Gout*时,失配,
增益下降
8
§ 1.5.3 微波放大器稳定性
1
1
1G
a
b
in
G in
G L
A C
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
R 0
R 0
FET
S 12
S 11
微波管有内部反馈 S12是反馈,S12,S21有相位移判断不稳定依据,输入或输出端是否等效有负阻一、稳定性判别圆
22
0
22
0
0
0
)(
)(
inin
inin
in
in
in XZR
XZR
ZZ
ZZ
G
L
L
in S
SSS
G?
GG
22
2112
11 1
9
稳定性判别圆的建立
( )
in
GRe
( )
in
GIm ( )
L
GIm
( )
L
GRe
in
G
L
G
2è?¨
2è?¨
è?¨
( )
L
GIm
( )
L
GRe
L
G
11
S
è?¨
S 2?2
S 2?2
1?G
in
1?G
L
1?G
L
输入端稳定性判别圆
21122211
22
11
22
2112
11
1
1
11
SSSS
S
S
S
SSS
a
b
L
L
L
L
in
G?
G
G?
GG
--分式线性变换无源负载：
|GL|<1
10
稳定性判别圆位置
2222
*
22
S
CR
22
22
21122
S
SSP
*222 11SSC
21122211 SSSS
输入端稳定性判别圆圆心位置向量判别圆的半径
输出端稳定性判别圆圆心位置向量判别圆的半径式中,
22
11
*1
1 S
CR
22
11
2112
1 S
SSP *22111 SSC
|Gin|=1 自学 p.22
11
( )
L
GIm
( )
L
GRe
( )
L
GIm
( )
L
GRe
S 2?2
( )
L
GIm
( )
L
GRe
S 2?2
S 2?2
S 2?2
S 2?2
S 2?2
1 1 1
1 1 1
( )
L
GRe
( )
L
GIm
( )
L
GIm
( )
L
GIm
( )
L
GRe ( )
L
GRe
( a ) ( b) ( c )
( d) ( e ) ( f )
K >1
K >1 K >1
K <1
K <1
K <1
记住
(a)
(b)
(e)
阴影范围：不稳定区
12
多频率点稳定性判别圆
f 3
f 4
f 1
f 2
ò? ó§￡o?μ ′÷ μ? 2è?¨?÷
D ae?2
D ae?2
D ae?2
13
小结
1,潜在不稳定原因：管内反馈 S12
2,用判别圆确定造成 不稳定 的 GS,G L的 范围
3,判别圆大小、位置取决于自身 S参数
4,稳定情况有六种可能性 (书 p.24)，需记住
(a) 绝对稳定
(b),(e) 潜在不稳定，设计放大器时选 GS,G L稳定区
14
二、绝对稳定的充分必要条件
绝对稳定的必要条件依据：
化简得定义稳定性系数
绝对稳定的充分必要条件
121
2112
22
22
2
11
SS
SSK
2112
2
22
2112
2
11
1
1
SSS
SSS
2222
*2
2 S CR
22
22
21122
S
SSP
122 PR
121
2112
22
22
2
11
SS
SS
2112
22
22
2
11 21 SS SSK
R 2
P 2
D ae?2
1
22
3? PR
122 RP
自学 pp.23~25
R 2
P 2
D ae?2 1
22
3? RP
15
三、稳定性系数的性质
1,K<1是潜在不稳定，有自激振荡的可能性
2,信源反射波小于信源入射波时不振荡：
AC
S
a 1
b 1
a 10
Z
Z 0
S
G
in
G
110 aa?
1110 aba inSS?GGG?
11 aainSGG
1?GG inS
由图可知得到不自激振荡条件：
16
3,信源阻抗对稳定性有影响
AC
S
a 1
b 1
a 10
Z
Z 0
S
G
in
G
1?GG inS
不自激振荡条件：
* 信源阻抗 50欧姆 时，不会产生振荡
* 实际天线通常不是全匹配，尤其频带外失配较大
* 移动通信天线受环境影响大，源阻抗变化大基本规律：
17
4,网络两端口串联或并联电抗时，总网络 K不变
S
K
Ka
jx
jb
jx
jb
K = Ka
5,网络两端口串联或并联电阻时,总网络 K增加,即稳定性改善
6,网络两端口之间加电抗时 (反馈 )，总网络 K改变串联负反馈可以在一定频带内加大 K值，改善稳定性，是常用方法
S
K
Ka
jx
SK
Ka
jx
jX
Zs
L
18
§ 1.6 放大器噪声参数
§ 1.6.1 有源网络噪声参数一般表示式噪声来源,BJT 热噪声散粒噪声 （发射极）
（收集极）
(分配）
闪烁 (1/f)噪声最小噪声系数
FET
沟道热噪声栅感应噪声谷际散射与高场扩散噪声闪烁噪声最小噪声系数
)/211(1m i n hhNF 204.0
T
bc f
frIh
Tf
fCPRNF )1(21 2
m i n
fk Tre bnb '2 4
fqIi ene 22
fqIi cnc 22
)(22 fFfqIi cn
PgfkTi mnd 02 4
( )RgCfkTi mgsng 0222 /4
19
噪声参数估算
Bk T G
UYiBk T GNF
s
nsns
4
4 2
Bk T G
iuYuYi
s
nnsnsn
4
)R e (21 *222
SSS jBGY
根据定义
B=?f
网络输出端信源噪声电流均方值,
网络输出端总噪声电流均方值,
BkTGi Sns 42 0?
22 02 0 nSnnSn uYiii
BkTRu nn 42?
等效噪声电压源用等效噪声电阻 Rn表示,
2
0
2
0
ns
n
i
iNF
噪声功率仅由信源产生的输出端输出端总噪声功率
G s
óD?è éù í÷
T?è éù í÷
Y s
Y s
Z
Z
ZY
s
(a)
(b)
(c)
2
n
i
2
n
i
2
n
u
2
n
u
2
ns
i
20
求最小值,令,求得算得 — 最小噪声系数
— 最佳的信源内导纳换算的非最佳源导纳时的噪声系数
0
SB
NF 0?
SG
NF minNF
minNF )(m in SYfNF?
optoptopt jBGY
2
m i n o p tS
S
n YYGRNFNF
2
2
0m i n 1
s
o p tSNNF
G?
G?G
20 1
4
opt
optnGRN
G?
— 最小噪声系数
— 等效噪声电阻
— 最佳的信源反射系数
minNF
nR
o p tjoptopt e?G?G
NF性质,
Ys=Yopt时噪声最小
Ys与 Yopt偏离时，噪声与 Rn有关自学 pp.26~27
21
噪声参数 (NFmin,|Gopt|,?opt,Rn)的测量
μ÷÷1
FETA
μ÷÷2?- ′÷?è éù?′?è éù?μ êy2a ê? ò?
1,调整可调匹配器 1和可调匹配器 2，先使 NF达到最小，再使增益最大，即输出达到匹配，得 NFmin
2,调匹配器 1不动,关噪声源,去掉被测微波管,用网络分析仪测反射系数得
o p tjoptopt e?G?G
μ÷÷ 1
A
í÷ ò- ′÷
è éù?′
o p tS G?G
3,调偏，使 NF略增加，测出 GS和 NF，用下式算出 Rn
2
2
m i n 11
4
s
o p tS
o p t
o p tn GRNFNF
G?
G?G
G
4,改变频率，重复以上各步。
0
0
1
RYG o p t
22
N
opt
F?
G?
1?
)1(111 2o p tF NNNr G
§ 1.6.2 等噪声系数圆和等增益圆
2
2
0m i n 1
S
optSNNFNF
G?
G?G根据 移项 NNNFNF
S
o p tS?
G?
G?G
2
2
0m i n 1/)(
自学 pp.28~29
0
m inNFFN
等噪声系数圆心位置等噪声系数圆半径
22
FFS rG?
23
M A G
N F
m i n
G
o p t
G
a
- 1 dB
- 3 dB
ù
2dB
1dB
1.5dB
-2dB
MAG— 最大增益（双向共轭匹配）
特点,等噪声系数圆的圆心都在 Gopt到原点的连线上。
阻抗圆图上的等噪声系数圆和等增益圆阻抗圆图上的 NFmin值对应的是信源阻抗 Zopt值，要求 Yopt值需将幅角加?
最佳噪声要求的 GS与最大增益要求的 GS并不一致。如果要 NF最佳，
增益要下降，在 NFmin处的增益用
Ga表示 (相关增益 )
24
双向共轭匹配时，最大增益
转换增益
§ 1.7 微波晶体管放大器
§ 1.7.1 放大器的增益
G in G o u t G L
A C
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so Z L0FET
a 1 a 2
b 2b
1
G s
Z s 1 Z s 2
S 11 ampG s0 G L0S 22amp
*
11
2112
22
* )
1( S
S
o u tL S
SSS
G?
GG?G *
22
2112
11
* )
1( L
L
inS S
SSS
G?
GG?G
2
21122211
222
21
)1)(1(
)1)(1(
LsLs
Ls
a
L
T SSSS
S
P
PG
GG?G?G?
G?G
25
有潜在不稳定情况的等增益圆
- 2d B
- 4d B
- 8d B
¨±
G s2
增益公式的几种表示式
*outL G?G *
inS G?G
当 时,
)1( 2
12
21m a x KKSSG T
2112
22
22
2
11
2
1
SS
SSK
最大功率增益 MAG
K=1的临界情况，得最大稳定增益：
12
21
S
SM SG?
12
2110)(
S
SL o gdBM S G?
26
放大器的输出与输入驻波比驻波比
G in G o u t G L
A C
ê? èè?¤
μ
ê? 3¤
μ
Z so Z L0FET
G SS 11 ampG S0 G L0S 22amp
S amp
a m p
a m p
S
SS W R
11
11
1
11
a m p
a m p
S
SS W R
22
22
1
12
G
f
f 1 f 2
MA G
f
f 1 f 2
S WR
增益与驻波比随频率的变化：
27
〃ó?÷?ì
反射损耗与隔离器反射损耗定义：
反射损耗不良时的后果：
损失信号能量数字通信误码率增大群时延特性变坏电视图像重影系统不稳定
改善反射损耗的措施：
铁氧体隔离器正向衰减反向隔离
dB2.0~15.0
dB25~15
aa m p L o gSL o gdB G 2020)( 111?
aa mp L o gSL o gdB G 2020)( 222?
28
§ 1.7.2 多级放大器噪声
in
in
N
S?￠ 2¨ ′ó?÷ê? èè ê? 3?
o ut
o ut
N
S噪声系数
定义
n
no
P
PNF
噪声功率仅由信源产生的输出端输出端总噪声功率
GN
N
S
S
N
N
NS
NSNF
in
o u t
o u t
in
in
o u t
o u to u t
inin 1
/
/
Sin,Nin?输入信号功率和输入噪声功率
Sout,Nout?输出信号功率和输出噪声功率
物理含义：信号通过放大器以后，信号 /噪声比变坏的倍数
单位,NF(dB) = 10 Log NF
29
R g
2
ne R L
匹配时,Rg=RL，信源阻抗 Rg产生的热噪声
BRkTe gn 02 4?
匹配时信源产生的热噪声功率
( ) BkT
R
eP
g
n
n 0
22/
信源 Rg必产生的热噪声功率 kT0B
30
多级联放大器 噪声系数
〃ó?÷ 1÷ 〃ó?÷ 2 〃ó?÷ 3
L 0
P no
G 1 G 2 G 3 F 3F 2F 1
P 0
n
no
P
PNF?
0
3210 L GGGBkTP n? 4321 PPPPP no
3210
321
0
00321
0
01
1)1(1
GGBGkT
GGG
L
BkTLGGG
L
BkTP
321012 )1( GGBGkTFP
32023 )1( GBGkTFP
3034 )1( BGkTFP
整机噪声系数
1,根据 NF定义衰减倍数就是噪声系数
2,衰减器不能衰减 kT0B
31
)11(
21
3
1
2
10 GG
F
G
FFLNF
)()(
)11(1010)(
0
21
3
1
2
10
dBFdBL
GG
F
G
FFL ogL og LdBNF
1,放大器前的衰减量是噪声增加量
2,后级噪声影响减弱
3,由于 F1最小时 G1不是最大,最好找出 F1和 G1的最佳比例,使总的噪声系数最小 。
整机噪声系数
32
信源内阻噪声 Nin = kT0B
信源产生的输出噪声 kT0BG
放大器产生的输出噪声 kTeBG
输出端总噪声 Nout = k(T0+Te)BG
噪声系数 NF = Nout / (kT0BG) = 1+Te / To
Te = To (NF-1)
KToBNin￠ 2¨ ′ó?÷
Te
KTe B G
KToB G
ò? G
AC
Zo
Zo
噪声温度
N F ( d B ) 0,2 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0 3,0
T e ( K ) 1 3,8 1 2 0,9 6 3 5,7 5 5 9,2 6 7 5,8 7 1 2 0,9 1 7 1,3 2 9 1,6
举例 T0=293K
物理含义：放大器产生的噪声功率等效于 (T0+Te)的物体在其输入端产生的热噪声
33
各级产生的噪声
〃ó?÷ 1÷ 〃ó?÷ 2 〃ó?÷ 3P n
L 0
P no
G 1 G 2 G 3T e1 T e2 T e3
32112 GGBGkTP e?
334 BGkTP e?
3223 GBGkTP e?
32101 GGBGkTP?
)()1(
)1()1(
21
3
1
2
1000
0
0
00
GG
T
G
T
TLTL
T
P
P
TNFT
ee
e
n
n
e
321
0
0
43210
1 GGG
LBkT
PPPP
P
PNF
n
n
多级放大器噪声温度整机噪声温度
