陕西理工学院毕业论文
GTU?GS?G0?GL?8.53dB
A complete AC circuit for the amplifier, using open-circuited shunt stubs in the matching sections, is shown in Figure 11.15b. A computer analysis of the circuit gave a gain of 8.36dB.
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附录B 外文文献翻译
David M.Pozar。微波工程 低噪声放大器设计
除了稳定性和增益，另一个重要的微波放大器设计指标是噪声系数。特别是在接收机中，前置放大需要噪声系数尽可能低。正如我们在10.1接中看到的那样，接收机前端的第一级对整个系统的噪声特性起着决定性作用。通常来说，一个放大器不可能同时获得最小噪声系数和最大增益，所以必须进行某种方式的兼顾。为了能够在噪声系数和增益两者间进行可行的折中处理，可以用等增益圆和等噪声系数圆来完成。这里我们将要推导等噪声系数圆的公式，并说明它们在晶体管放大器的设计中如何应用。
按照参考文献[4]和参考文献[5]的推导方法，二端口放大器的噪声系数可以表示为
F?Fmin?这里应用了以下定义：
Ys?GS?jBS表示晶体管上的源导纳 Yopt表示有最小噪声系数时的最佳源导纳 Fmin表示当YS?Yopt时晶体管的最小噪声系数 RN表示晶体管的等效噪声电阻 GS表示源导纳的实部
我们可以用反射系数?S和?opt替换导纳YS和Yopt，其中， YS?RN|YS?Yopt|2 11.54 GS11??S 11.55a
Z01??S Yopt?11??opt 11.55b
Z01??opt?S是在图11.8中定义的源反射系数。Fmin,?opt和RN这些参数是所用晶体管的特性，成为器件的噪
声参量，它们可以通过生产商提供或测量得出。
利用(11.55),|YS?Yopt|可以用?S和?opt表示：
2|?S??opt|24 |YS?Yopt|?2 11.56 22Z0|1??S||1??opt|2 同样的，
*11??S1??S11?|?S|2 GS?Re{YS}? 11.57 (?)?*2Z01??S1??SZ0|1??S|2将这些结果带入(11.54)可以得出噪声系数为：
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|?S??opt|24RN F?Fmin? 11.58 22Z0(1?|?S|)|1??opt| 对于固定的噪声系数F，我们可以证明这个结果定义了一个在?S平面上的圆。首先定义噪声系数参量N为
N?|?S??opt|21?|?S|2?F?Fmin|1??opt|2 11.59
4RN/Z0给定的噪声系数和噪声参量是定值，(11.59)可以写为
** (?S??opt)(?S??opt)?N(1?|?S|2) **** ?S?S?(?S?opt??S?opt)??opt?opt?N?N|?S|2
**(?S?opt??S?opt) ?S??22*SN?1?N?|?opt|2N?1
现在添加 |?opt|/(N?1) 在等式的两边，可以得到完全平方：
|?S??optN?1|?N(N?1?|?opt|2)(N?1) 11.60
这个结果定义了一个等噪声系数圆，中心在 CF?并且半径为
RF?例 11.5 低噪声放大器的设计
一个GaAs FET偏置在最小噪声系数条件下，在4 GHz(Z0?50Ω)的S参量和噪声参量如下：
?optN?1 11.61a
N(N?1?|?opt|2)N?1 11.61b
S11?0.6??60?,S21?1.9?81?,S12?0.05?26?,S22?0.5??60?;Fmin=1.6dB,?opt?0.62?100?,
RN=20Ω.为了设计，假设这个器件是单向的，计算由这个假设而引出的GT的最大误差。然后设计
一个噪声系数为2.0dB以及和这个噪声系数兼容的最大增益放大器。 解：
我们首先可以根据(11.47)式计算单向品质因数： U?|S12S21S11S22|?0.059 22(1?|S11|)(1?|S22|)然后根据(11.46)式可以得出GT/GTU的比值范围为：
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或
1GT1 ??(1?U)2GTU(1?U)2 0.891?用dB可以表示为
GT?1.130 GTU ?0.50?GT?GTU?0.53dB
式中的GT和GTU现在用dB表示。因此，我们预计的增益的误差小于?0.5dB。
接下来，我们用(11.59)式和(11.61)去计算2dB噪声系数圆的中心和半径： N?F?Fmin1.58?1.445|1??opt|2?|1?0.62?10?0|2?0.098 64RN/Z04(20/50)?optN?1?0.56?10?0
CF? RF?N(N?1?|?opt|2)N?1?0.24
?这个噪声系数圆画在图11.15a中。最小噪声系数(Fmin?1.6dB)产生在?S??opt?0.62?100处。
接下来我们根据(11.52)式计算出几个输入节的等增益圆的数据： Gs(dB) 1.0 1.5 1.7 gs 0.805 0.904 0.946 Cs Rs 0.300 0.205 0.150 0.52?60? 0.56?60? 0.58?60? 这些圆同样也画在11.15a中。 我们看到Gs=1.7dB的增益圆与F=2dB的噪声系数相切，并且任何较高的增益将导致更坏的噪声系数。然后根据Smith圆图可以得出最佳解?S?0.53?75?，可以给出Gs=1.7dB和F=2.0dB。
在输出节我们选择有最大GL的?L?S22?0.5?60处， GL?晶体管的增益是
G0?|S21|?3.61?5.58dB
2*?1?1.33?1.25dB
1?|S22|2 共 39页 第 38 页
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例11.5的晶体管放大器电路设计(a)等增益和噪声系数圆(b) RF电路
所以总变换增益是
GTU?GS?G0?GL?8.53dB
一个在匹配节使用开路并联短截线的放大器的完整的交流电路如图11.15b所示。电脑分析给出的增益为8.36dB。
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