单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微波固态电路第三章习题,1.,试就异质节、低噪声、大功率等方面说明,HEMT,和,HBT,器件的特点，以及各自适合哪种微波电路HEMT,MESFET,和,HBT,功率和频率的关系曲线HEMT,和,MESFET,截止频率和栅长的关系曲线GaAs,和,InP,的,HBT,也具有较高的频率特性，,NEC,公司的,HBT,截止频率可达到,250GHz,但总的来说,HBT,的最高频率较,HEMT,低HBT,HEMT,HEMT,和,HBT,的噪声特性LNA,PA,OSC,f6GHz,HBT,2st,1st,1st,1st,2st,HEMT,1st,2st,2st,2st,1st,HEMT,HBT,异质结,异质结,异质结,噪声系数,更低,低,功率,高,高,单元成本（,mm2,）,高,较高,工作频率,高,较高,功率效益,高,最高,最小线宽,0.12-0.5um,2-3um,V,S,P,S,Transistor,Z,IN,G,IN,G,S,+,-,Z,S,2,、证明放大器的输入端口的失配系数为：,放大器输入端反射系数,源反射系数,其中：,Step,1,信号源到,50,欧姆的匹配,50,W,G,S,a,S,+,-,Z,S,P,avs,P,S,=|b,s,|,2,P,r,Step,2,无限多次反射产生的,Loop gain,b,s,a,1,b,1,G,S,1,G,IN,a,1,=,b,s,+,b,s,G,IN,G,S,+,b,s,(,G,IN,G,S,),2,+,b,s,(,G,IN,G,S,),3,+.,V,S,P,S,Z,IN,G,IN,G,S,+,-,Z,S,Step,3,晶体管输入端,M,IN,Z,IN,G,IN,50,W,V,50,+,-,P,+,=|a,1,|,2,P,IN,P,r,=|b,1,|,2,Step,4,总的失配系数,当共轭匹配时，即,采用下列放大器串接成一个级联的放大器；,S,11,=-10dB,S,21,=15dB,S,22,=-6dB,，请问串接后增益范围是什么？,50,W,50,W,V,0,+,-,M,S,11(new),S,22(new),S,21(new),b,s,a,1,a,2,b,2,b,1,S,11,S,21,S,22,S,12,=0,1,a,1,a,2,b,2,b,1,S,11,S,21,S,22,S,12,=0,G,IN,G,S,思考：,假定,S,12,=0,(2)G,IN,=S,11,=-10dB=0.316,G,S,=S,22,=-6dB=0.5,Loop gain=1/(1-,S,22,S,11,),=1.1880.864,(3),两级,的,S,21,已,经,包,含,了,M,S,and M,IN,的损耗,(4)Gain=S21x Loop gain x S21,GMAX=15dB,+1.5dB,+15dB=31.5dB,GMIN=15dB,-1.27dB,+15dB=28.73dB,3,、一场效应管工作频率为,f=5.5GHz,，偏置条件为：,V,DS,=3.2V,，,I,D,=24mA,。
已知,S,参量为：,S,11,=,0.73176,S,12,=0.0575,S,21,=3.3234,S,22,=0.26-107,假设放大器没有匹配网络,且负载为,ZL=50,欧姆,源阻抗为,Z,S,=30,欧姆,传输线阻抗为,Z,0,=50;,（,1,）、求,G,Tu,，,G,T,，,G,a,，并画出负载为,10,欧姆到,100,欧姆时,G,Tu,的幅度变,化值2,）、在单向化条件下为输入端口做匹配并求出,G,Tu,，,（,3,）、在单向化条件下为输入、输出端口做匹配并求出,G,Tu,=G,Tu max,Z,L,Z,S,V,S,+,-,Transistor,P,AVS,P,IN,P,r1,P,AVN,P,L,P,r2,G,T,=f(,G,S,G,L,),解（,1,）：负载阻抗为,75,欧姆，源阻抗为,30,欧姆时的：,负载为,10,欧姆到,100,欧姆时,G,Tu,的幅度变化值：,（,2,）、在单向化条件下输入匹配下有：,此时的,G,Tu,为：,（,3,）、在单向化条件下输入输出匹配：,4.,有三只晶体管在,1.8GHz,时的,S,参数如下：,S,11,S,12,S,21,S,22,0.34,-170,0.06,70,4.3,80,0.45,-25,0.75,-60,0.2,70,5.0,90,0.51,60,0.65,-140,0.04,60,2.4,50,0.70,1),，,才,存在一組,组,(,G,MS,G,ML,),的,唯一解,，加以匹配可得到,G,T,MAX,。
MAG,(,G,MS,G,ML,),直接由晶体管,S-parameters,计算得知,，,(,G,S,G,L,),不再是,变数其物理意义在于当晶体管被外加的电阻元件加以稳定以后，所能得到的增益对不会超过MSG,Maximum Stable Gain,稳定增益最大值）,最大增益,解：首先计算稳定系数,放大器最大的增益：,选用第三个晶体管做高增益放大器,S,S,new,将,S,矩阵变换成,ABCD,矩阵相加,Step 1,将,ABCD,矩阵再变换回,S,矩阵，进而求得串联电阻与稳定系数的关系,选取适当的电阻值，使,K,大于,1,对于特定的电阻值，对应于唯一的,Sm,和,Lm,Step 2,Step,通过,Sm,和,Lm,选取适当的输入，输出共轭匹配网络，放大器的增益为：,5.,设计一低噪声放大器使其功率尽可能高电路制作在,Duroid,基片上介电常数为,10,，厚度为,1.27,毫米场效应管在,3GHz,、,100MHz,带宽时的,S,参数如下：,S,11,=,0.9,-90,，,S,12,=,0,，,S,21,=,2,90,，,S,22,=0.5,-45,opt=,0.5135,，,F,min,=3dB,，,R,N,=4,欧姆,（,1,）、拥有最小噪声系数时的总增益是多少（用,dB,表示）。
2,）、设计放大器的输入输出匹配网络3,）、画出具体的电路图，详细说明设计过程4,）、如果输入信号为,-20dB,，放大器的输出功率和输出噪声各是多少,（,1,）、前级采用最小噪声匹配，后级采用共轭匹配，即保证了小的噪声系数，又保证了较高的增益由于,S12=0,，采用单向化设计，有：,输出端采用共轭匹配且为单向设计：,（,2,）、由,3,、,Step1,输入匹配：,Step2,输入匹配：,W=0.028mm,L=0.84mm,W=0.028mm,L=5.44mm,W=0.028mm,L=9.12mm,W=0.028mm,L=4.59mm,Step3,最后的图形：,输出功率为：,6.,设计一宽带放大器，使其增益在,300MHz,到,600MHz,时不小于,10dB,晶体管的,S,参数如下：,f,（,MHz,）,S11 S21 S12 S22 300 0.25,-35,4.5,30,0.01,10,0.8,-10,450 0.32,-78,3.2,45,0.05,-5,0.9,-15,600 0.2,-85,2.0,35,0.02,-12,0.85,-20,要求：详细给出具体电路设计过程并说明理由,资用功率,Ga,的等功率圆（,10dB,）,300MHz,450MHz,600MHz,300MHZ,时，,G,A_max=,G,P_max,=17.85dB 450MHZ,时，,G,A_max=,G,P_max,=18.6dB 600MHZ,时，,G,A_max=,G,P_max,=11.7dB,300MHz,450MHz,600MHz,实际功率增益,Gp,的等功率圆（,10dB,）,100,欧姆，,91,度,50,欧姆，,59.9,度,匹配前的增益,匹配后的增益,7,、已知放大器的转换功率增益为：,G,T,=8dB,，带宽为,200MHz,，噪声系数为,F=2.5dB,，,1dB,压缩点,P,out,，,1dB,=20dB,。
假设放大器工作在室温环境，,IP,out,=40dB,求该放大器的动态范围和无失真动态范围无失真动态范围：,动态范围,：,噪声功率：,解：,。
