單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,微波固態(tài)電路第三章習題,1.,試就異質(zhì)節(jié)、低噪聲、大功率等方面說明,HEMT,和,HBT,器件的特點，以及各自適合哪種微波電路。,HEMT,MESFET,和,HBT,功率和頻率的關系曲線。,HEMT,和,MESFET,截止頻率和柵長的關系曲線。,GaAs,和,InP,的,HBT,也具有較高的頻率特性，,NEC,公司的,HBT,截止頻率可達到,250GHz,。,但總的來說,HBT,的最高頻率較,HEMT,低。,HBT,HEMT,HEMT,和,HBT,的噪聲特性。,LNA,PA,OSC,f6GHz,HBT,2st,1st,1st,1st,2st,HEMT,1st,2st,2st,2st,1st,HEMT,HBT,異質(zhì)結,異質(zhì)結,異質(zhì)結,噪聲系數(shù),更低,低,功率,高,高,單元成本（,mm2,）,高,較高,工作頻率,高,較高,功率效益,高,最高,最小線寬,0.12-0.5um,2-3um,V,S,P,S,Transistor,Z,IN,G,IN,G,S,+,-,Z,S,2,、證明放大器的輸入端口的失配系數(shù)為：,放大器輸入端反射系數(shù),源反射系數(shù),其中：,Step,1,信號源到,50,歐姆的匹配,50,W,G,S,a,S,+,-,Z,S,P,avs,P,S,=|b,s,|,2,P,r,Step,2,無限多次反射產(chǎn)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,晶體管輸入端,M,IN,Z,IN,G,IN,50,W,V,50,+,-,P,+,=|a,1,|,2,P,IN,P,r,=|b,1,|,2,Step,4,總的失配系數(shù),當共軛匹配時，即,采用下列放大器串接成一個級聯(lián)的放大器；,S,11,=-10dB,S,21,=15dB,S,22,=-6dB,，請問串接后增益范圍是什么？,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),兩級,的,S,21,已,經(jīng),包,含,了,M,S,and M,IN,的損耗,(4)Gain=S21x Loop gain x S21,GMAX=15dB,+1.5dB,+15dB=31.5dB,GMIN=15dB,-1.27dB,+15dB=28.73dB,3,、一場效應管工作頻率為,f=5.5GHz,，偏置條件為：,V,DS,=3.2V,，,I,D,=24mA,。已知,S,參量為：,S,11,=,0.73176,S,12,=0.0575,S,21,=3.3234,S,22,=0.26-107,假設放大器沒有匹配網(wǎng)絡,且負載為,ZL=50,歐姆,源阻抗為,Z,S,=30,歐姆,傳輸線阻抗為,Z,0,=50;,（,1,）、求,G,Tu,，,G,T,，,G,a,，并畫出負載為,10,歐姆到,100,歐姆時,G,Tu,的幅度變,化值。,（,2,）、在單向化條件下為輸入端口做匹配并求出,G,Tu,，,（,3,）、在單向化條件下為輸入、輸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,）：負載阻抗為,75,歐姆，源阻抗為,30,歐姆時的：,負載為,10,歐姆到,100,歐姆時,G,Tu,的幅度變化值：,（,2,）、在單向化條件下輸入匹配下有：,此時的,G,Tu,為：,（,3,）、在單向化條件下輸入輸出匹配：,4.,有三只晶體管在,1.8GHz,時的,S,參數(shù)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,組,(,G,MS,G,ML,),的,唯一解,，加以匹配可得到,G,T,MAX,。,MAG,(,G,MS,G,ML,),直接由晶體管,S-parameters,計算得知,，,(,G,S,G,L,),不再是,變數(shù)。,其物理意義在于當晶體管被外加的電阻元件加以穩(wěn)定以后，所能得到的增益對不會超過MSG,。（,Maximum Stable Gain,穩(wěn)定增益最大值）,最大增益,解：首先計算穩(wěn)定系數(shù),放大器最大的增益：,選用第三個晶體管做高增益放大器,S,S,new,將,S,矩陣變換成,ABCD,矩陣相加,Step 1,將,ABCD,矩陣再變換回,S,矩陣，進而求得串聯(lián)電阻與穩(wěn)定系數(shù)的關系,選取適當?shù)碾娮柚?，?K,大于,1,。對于特定的電阻值，對應于唯一的,Sm,和,Lm,Step 2,Step,通過,Sm,和,Lm,選取適當?shù)妮斎?，輸出共軛匹配網(wǎng)絡，放大器的增益為：,5.,設計一低噪聲放大器使其功率盡可能高。電路制作在,Duroid,基片上介電常數(shù)為,10,，厚度為,1.27,毫米。場效應管在,3GHz,、,100MHz,帶寬時的,S,參數(shù)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,歐姆,（,1,）、擁有最小噪聲系數(shù)時的總增益是多少（用,dB,表示）。（,2,）、設計放大器的輸入輸出匹配網(wǎng)絡。（,3,）、畫出具體的電路圖，詳細說明設計過程。（,4,）、如果輸入信號為,-20dB,，放大器的輸出功率和輸出噪聲各是多少,（,1,）、前級采用最小噪聲匹配，后級采用共軛匹配，即保證了小的噪聲系數(shù)，又保證了較高的增益。,由于,S12=0,，采用單向化設計，有：,輸出端采用共軛匹配且為單向設計：,（,2,）、由,3,、,Step1,輸入匹配：,Step2,輸入匹配：,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,最后的圖形：,輸出功率為：,6.,設計一寬帶放大器，使其增益在,300MHz,到,600MHz,時不小于,10dB,。晶體管的,S,參數(shù)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：詳細給出具體電路設計過程并說明理由,資用功率,Ga,的等功率圓（,10dB,）,300MHz,450MHz,600MHz,300MHZ,時，,G,A_max=,G,P_max,=17.85dB 450MHZ,時，,G,A_max=,G,P_max,=18.6dB 600MHZ,時，,G,A_max=,G,P_max,=11.7dB,300MHz,450MHz,600MHz,實際功率增益,Gp,的等功率圓（,10dB,）,100,歐姆，,91,度,50,歐姆，,59.9,度,匹配前的增益,匹配后的增益,7,、已知放大器的轉(zhuǎn)換功率增益為：,G,T,=8dB,，帶寬為,200MHz,，噪聲系數(shù)為,F=2.5dB,，,1dB,壓縮點,P,out,，,1dB,=20dB,。假設放大器工作在室溫環(huán)境，,IP,out,=40dB,。求該放大器的動態(tài)范圍和無失真動態(tài)范圍。,無失真動態(tài)范圍：,動態(tài)范圍,：,噪聲功率：,解：,