基于復平面圓圖的射頻放大器分配方案研究
加入技術交流群
目前，射頻前端技術已經成為系統(tǒng)芯片設計制造領域非常重要又很活躍的研究方向，射頻放大器作為射頻前端的關鍵技術，是值得深入研究的課題。在移動通信(GSM和3G)、衛(wèi)星全球定位(GPS)、無線局域網(WLAN)和射頻識別(RFID)等領域，工作頻率都已經達到GHz頻段，需要采用射頻前端技術，射頻放大器作為射頻前端技術的核心，引起了廣泛的關注。在射頻接收系統(tǒng)中，在低噪聲的前提下對信號進行放大是對射頻前端的基本要求，需要考慮放大器的噪聲系數(shù)和增益，同時由于射頻電路的波動性，放大器還需要考慮穩(wěn)定性和駐波比，因此對射頻放大器的設計也提出了更為嚴格的要求。本文基于復平面圓圖提出了一種小信號射頻放大器的分配方案。射頻放大器的輸入輸出駐波比、增益和噪聲系數(shù)這幾個指標相沖突，各項指標不能同時達到最優(yōu)，給出了單項參數(shù)達到最優(yōu)的條件，提出了提高射頻放大器綜合性能的分配方案，并給出了仿真曲線和仿真結果分析。
1 射頻放大器的主要參數(shù)
1．1 穩(wěn)定性
由于反射波的存在，射頻放大器在某些終端條件或工作頻率有產生振蕩的傾向，產生不穩(wěn)定，不再發(fā)揮放大器的作用?？梢杂脠D解法或解析法判定放大器的穩(wěn)定性，圖解法是觀察穩(wěn)定判別圓與史密斯圓圖的相對位置，當放大器絕對穩(wěn)定時，穩(wěn)定判別圓包含史密斯圓圖或穩(wěn)定判別圓完全位于史密斯圓圖外；解析法是計算穩(wěn)定性因子，絕對穩(wěn)定要求穩(wěn)定性因子k>1。
1．2 增益
放大器的轉換功率增益為：
式中：
為輸入匹配網絡的有效增益；
為晶體管的增益；
為輸出匹配網絡的有效增益。恰當?shù)钠ヅ渚W絡可以使放大器的增益大于晶體管的增益，GSmax和GLmax可以大于1。1．3 噪聲系數(shù)
噪聲系數(shù)由放大器輸入端額定信噪比與輸出端額定信噪比的比值來確定。對放大器來說，噪聲的存在對整個設計有重要影響，在低噪聲的前提下對信號進行放大是對放大器的基本要求。二端口放大器的噪聲系數(shù)可以表示為：
1．4 輸入和輸出駐波比
信源與晶體管之間及晶體管與負載之間的失配程度用輸入和輸出電壓駐波比來描述，很多情況下放大器的駐波比必須保持在特定指標之下。放大器的輸入和輸出電壓駐波比為：
2 射頻放大器的分配方案
2．1 單項參數(shù)達到最優(yōu)的條件
(1)增益達到最優(yōu)與輸入和輸出匹配網絡均有關。當輸入匹配網絡與輸出匹配網絡能保證晶體管的輸入和輸出端分別實現(xiàn)共扼匹配時
，這時晶體管既能從源獲得最大輸入功率，又能輸出給負載最大功率，放大器可以實現(xiàn)最大增益。(2)噪聲系數(shù)達到最優(yōu)僅與輸入匹配網絡有關。噪聲系數(shù)可以表示為：
的關系為
。當源的反射系數(shù)
時，F(xiàn)=Fmin，噪聲系數(shù)最小。
評論