射頻-低噪放實(shí)驗(yàn).doc

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1、實(shí)驗(yàn)名稱：低噪聲放大器(LNA)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）深入理解低噪聲放大器（LNA）的工作原理、功能、作用和性能指標(biāo)。（2）學(xué)習(xí)使用頻譜分析儀的工作原理和使用方法。（3）掌握低噪聲放大器性能指標(biāo)的的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、數(shù)字示波器TDS2100~60MHz1臺(tái)2、頻譜分析儀GSP-8270~2.7GHz1臺(tái)3、直流穩(wěn)壓電源SS33230~30V1臺(tái)4、實(shí)驗(yàn)電路板自制1塊三、實(shí)驗(yàn)電路分析低噪聲放大器放大器電路如下兩頁圖所示，電路板上包含兩個(gè)放大器：一個(gè)單級(jí)低噪聲放大器和一個(gè)兩級(jí)低噪聲放大器。1.匹

2、配電路輸入匹配電路的類型可以分為共軛匹配和噪聲匹配兩種。共軛匹配是將源的反射系數(shù)通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)變換成放大器S11的共軛。由放大器單向化功率增益的計(jì)算式可知，在這種匹配下，放大器可以達(dá)到最大的單向化功率增益。而噪聲匹配是將源反射系數(shù)通過阻抗變換網(wǎng)絡(luò)變換成一個(gè)能使晶體管達(dá)到最佳噪聲性能的反射系數(shù)。由于微波晶體管的噪聲匹配和共軛匹配點(diǎn)相差較遠(yuǎn)，不能同時(shí)達(dá)到，因此需要在兩者之間做合理的折衷。在輸入匹配點(diǎn)的選擇上可以側(cè)重于噪聲匹配，并調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)（主要是輸入匹配網(wǎng)絡(luò)）的元件參數(shù)，使噪聲系數(shù)盡量小。放大器

3、的輸入匹配電路應(yīng)當(dāng)采用高通阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，通過高通匹配網(wǎng)絡(luò)限制放大器在較低頻段的增益。以兩級(jí)放大器為例，輸入端高通阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)串聯(lián)電容C21和兩個(gè)并聯(lián)電感L21、L22組成。另外，C21還起到隔直流電容的作用，兩級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響。L22另一個(gè)作用是對場效應(yīng)管的柵極加偏置電壓。這里使用電感的作用是使得直流偏置電壓幾乎無損失的通過給管子提供偏置電壓，而對于將要放大的射頻信號(hào)來說，電感的阻抗非常大以至于射頻信號(hào)幾乎不能通過，從而達(dá)到了隔離交流和直流通路的目的。為了在射頻通路上使L21、

4、L22、C21形成型的匹配網(wǎng)絡(luò)，L22還需要一個(gè)高頻旁路電容即C22。多級(jí)放大器的級(jí)間匹配電路的主要目的是為了盡可能減小傳輸中的信號(hào)功率損失。因此第一級(jí)的輸出和第二級(jí)的輸入均需要匹配到50歐姆。輸出匹配的目的是為達(dá)到最佳的輸出反射損耗和最大增益。輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)采用型高通結(jié)構(gòu)，由串聯(lián)電容C36和并聯(lián)電感L33、L34組成。L23同時(shí)作為饋電用電感為管子的漏極提供偏置電壓。1.穩(wěn)定性設(shè)計(jì)在源極和地之間增加感性的串聯(lián)反饋可以對輸入反射損耗和低頻穩(wěn)定性起有利的作用。加入源極電感性反饋后，低頻的穩(wěn)定性顯

5、著提高，同時(shí)輸入截?cái)帱c(diǎn)也增高。源極的感性反饋通常是由一段從源極引腳到地的微帶線構(gòu)成的，如圖中LL21、LL22、LL31、LL32所示，通過合適的選擇微帶線的長度可以有效的控制源極感性反饋的大小。為了提高放大器的穩(wěn)定性，通常還可以在其不穩(wěn)定的端口增加一個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電阻。因此可以在級(jí)間加入型的阻性3dB衰減網(wǎng)絡(luò)。這種衰減網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是，由三個(gè)電阻（R26、R27、R28）連接成“”的形狀，從其輸入端口或輸出端口看進(jìn)去，阻抗都是50歐姆，通過網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)衰減3dB。加入衰減網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)好處是能減

6、小級(jí)間匹配的難度。四、實(shí)驗(yàn)原理及步驟1、阻抗匹配測量測試說明：在設(shè)計(jì)低噪聲放大器時(shí)須著重于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，以便求得有較低的噪聲系數(shù)及較佳的輸入返回?fù)p耗，因此設(shè)計(jì)低噪聲放大器之首要重點(diǎn)為同時(shí)對最佳信號(hào)源反射系數(shù)(Γopt)與S11取得匹配，亦即希望Γopt與S11能取得共軛。然而對于一只晶體管在一偏壓條件下，其Γopt與S11不見得皆可獲得共軛，因此在電路設(shè)計(jì)上我們可以使用共射極電感串聯(lián)反饋電路架構(gòu)。射頻電路的阻抗匹配測量和低頻電路的阻抗測量完全不同，低頻電路一般是通過測量輸入回路中的電壓、電

7、流來求得輸入阻抗，而射頻電路是通過測量反射信號(hào)的大小來衡量阻抗匹配情況，一般是測開路時(shí)的全反射信號(hào)電平和接通負(fù)載時(shí)的反射信號(hào)電平之比，即反射損耗，反射損耗越大說明阻抗越匹配。用頻譜分析儀測量輸入阻抗匹配情況時(shí)需要一個(gè)返回?fù)p失橋（Bridge）配合工作，返回?fù)p失橋的作用是將跟蹤信號(hào)發(fā)生器TG（頻譜分析儀自帶的）輸出的正向傳輸信號(hào)和由放大器反射的反向傳輸信號(hào)分離開，由同軸電纜將反射信號(hào)送到頻譜分析儀測量電平的大小。測量時(shí)應(yīng)先將開路時(shí)的全反射信號(hào)校準(zhǔn)到一個(gè)合適的電平值，校準(zhǔn)的過程實(shí)際上測量和記錄了全反

8、射信號(hào)的大小以及返回?fù)p失橋、電纜、接頭的誤差，當(dāng)接入放大器后的反射信號(hào)幅度會(huì)由儀器利用已有記錄自動(dòng)修正返回?fù)p失橋、電纜、接頭的影響，提高測量精度。測量步驟如下：（1）電路連接。依下圖所示將頻譜分析儀架設(shè)好；將Bridge的射頻信號(hào)輸入端口接至頻譜分析儀之TG輸出端；將Bridge之反射信號(hào)輸出端口利用RFCable連接至頻譜分析儀之RF輸入端。（2）將頻譜分析儀的中心頻率、測量范圍、分辨率頻寬(RBW)依下圖分別設(shè)定為1.95GHz、100MHz、3kHz。（3）頻譜分析儀的校準(zhǔn)。將連接于Bri