基于復(fù)平面圓圖的射頻放大器分配方案研究
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目前，射頻前端技術(shù)已經(jīng)成為系統(tǒng)芯片設(shè)計制造領(lǐng)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(guān)鍵技術(shù)，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(wǎng)(WLAN)和射頻識別(RFID)等領(lǐng)域，工作頻率都已經(jīng)達(dá)到GHz頻段，需要采用射頻前端技術(shù)，射頻放大器作為射頻前端技術(shù)的核心，引起了廣泛的關(guān)注。在射頻接收系統(tǒng)中，在低噪聲的前提下對信號進(jìn)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(shè)計也提出了更為嚴(yán)格的要求。本文基于復(fù)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(biāo)相沖突，各項指標(biāo)不能同時達(dá)到最優(yōu)，給出了單項參數(shù)達(dá)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(jié)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(chǎn)生振蕩的傾向，產(chǎn)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(dāng)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(zhuǎn)換功率增益為：
式中：
為輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的有效增益；
為晶體管的增益；
為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的有效增益。恰當(dāng)?shù)钠ヅ渚W(wǎng)絡(luò)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(shè)計有重要影響，在低噪聲的前提下對信號進(jìn)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(fù)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(biāo)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(dá)到最優(yōu)的條件
(1)增益達(dá)到最優(yōu)與輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)均有關(guān)。當(dāng)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)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(fù)載最大功率，放大器可以實現(xiàn)最大增益。(2)噪聲系數(shù)達(dá)到最優(yōu)僅與輸入匹配網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。噪聲系數(shù)可以表示為：
的關(guān)系為
。當(dāng)源的反射系數(shù)
時，F(xiàn)=Fmin，噪聲系數(shù)最小。
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