《電子技術(shù)應(yīng)用》
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利用阻性負(fù)載增強(qiáng)LNA穩(wěn)定性(中)
摘要: 本文提出了一個(gè)預(yù)測(cè)在放大器的輸入和輸出端口增加阻性負(fù)載以改善穩(wěn)定性和噪聲指數(shù)的新方法。該方法在寬廣的頻率范圍內(nèi)有效,,能夠用于低噪聲放大器(LNA)和寬帶放大器,。
關(guān)鍵詞: 信號(hào)調(diào)理 LNA IMN OMN
Abstract:
Key words :


        本文提出了一個(gè)預(yù)測(cè)在放大器的輸入和輸出端口增加阻性負(fù)載以改善穩(wěn)定性和噪聲指數(shù)的新方法。該方法在寬廣的頻率范圍內(nèi)有效,,能夠用于低噪聲放大器(LNA)和寬帶放大器,。 

        對(duì)于微波放大器噪聲性能經(jīng)常是一個(gè)關(guān)鍵因素。當(dāng)噪聲不可回避時(shí),,給放大器增加阻抗不可避免地降低了輸出信噪比,,不同的阻性網(wǎng)絡(luò)配置能夠給噪聲性能帶來(lái)顯著的不同影響。由于這個(gè)原因,,為了在放大器穩(wěn)定性,、增益和噪聲性能間取得設(shè)計(jì)折中,預(yù)測(cè)各種阻性穩(wěn)定技術(shù)對(duì)整個(gè)放大器噪聲指數(shù)的影響非常重要,。帶離散參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)方法是現(xiàn)實(shí)可行的,,因?yàn)橛性雌骷脑肼曅阅鼙幻枋鰹橄到y(tǒng)反射因子。這在圖4中說(shuō)明,,其中將電阻構(gòu)模成級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的有損失配雙口元件,。作為級(jí)聯(lián)雙口間衰減和阻抗失配的結(jié)果,放大器噪聲隨著阻性雙口元件的增加而增加,。 

        在圖4中,,考慮信號(hào)向右傳播,輸入匹配網(wǎng)絡(luò)(IMN)將源阻抗Zg轉(zhuǎn)換成合適的源反射系數(shù)ΓS,,輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(OMN)將負(fù)載阻抗ZL轉(zhuǎn)換成合適的負(fù)載反射系數(shù)ΓL,。這些偏僻配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)用來(lái)提供合適的阻抗變換,以實(shí)現(xiàn)最大跨導(dǎo)增益,、最小噪聲指數(shù),,或滿足系統(tǒng)需求的其它放大器規(guī)格要求。

        對(duì)于離散參數(shù)描述的雙口,,通常考慮50Ω,,其各自的輸入輸出反射系數(shù),,ΓIN 和 ΓOUT,由下式?jīng)Q定:

       

        這里:ΓS= 向雙口網(wǎng)絡(luò)的源端觀察到的反射系數(shù);ΓL= 向雙口網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載端觀察到反射系數(shù),。

        參見(jiàn)圖4,,從右到左順序地應(yīng)用等式2和ΓL及離散參數(shù)[S3],可以計(jì)算第m個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)的輸入反射系數(shù),,這里m等于1到3,。類似地,,在圖4中從左到右順序地應(yīng)用等式3,從ΓS及離散參數(shù)[S1]開(kāi)始,,可以計(jì)算第m個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)的輸出反射系數(shù),,這里m等于1到3。因此,,順序地應(yīng)用等式2和3能夠決定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有輸入和輸出反射系數(shù),。

        許多作者提供了有源和無(wú)源器件的噪聲指數(shù)表達(dá)式。對(duì)于有源源器件,,數(shù)字Fmin,、RN、和Γopt是作為特定晶體管特征的噪聲參數(shù),,而Z0是系統(tǒng)阻抗,,通常是50Ω。借助這些參數(shù)晶體管的噪聲指數(shù)表達(dá)為: 

       

 

        這里:Fmin = 該器件的最小噪聲指數(shù),;RN = 該器件的等效噪聲阻抗,;Γopt= 該晶體管的最佳源反射系數(shù);ΓS2 (圖 4) 導(dǎo)致最小噪聲指數(shù),。

        雙口網(wǎng)絡(luò)的可用功率增益定義為從雙口網(wǎng)絡(luò)可用的功率比從源可用的功率,。數(shù)學(xué)上,這可表示為: 

        值得注意的是除了取決于雙口網(wǎng)絡(luò)的離散參數(shù),,可用功率增益取決于雙口網(wǎng)絡(luò)輸入端口向外看以及輸出端口向內(nèi)看的反射系數(shù),。 

        有損雙口網(wǎng)絡(luò)的噪聲指數(shù)可歸結(jié)為工作溫度T的函數(shù): 

        這里:T0 = 290 K,T0 = 290 K,GA = 可用功率增益。注意在室溫下噪聲指數(shù)等于網(wǎng)絡(luò)的功率損耗因子,,LA或:

 

 

        這樣如果雙口網(wǎng)絡(luò)包含有損元件,,例如串聯(lián)或并聯(lián)電阻,器件的噪聲指數(shù)就等于損耗,。因此,,可能增加或減少等式5的可用功率增益,以及等式6的噪聲指數(shù),,取決于網(wǎng)絡(luò)的阻抗失配,。 

        一旦可得到獨(dú)立雙口網(wǎng)絡(luò)的噪聲指數(shù),即可通過(guò)應(yīng)用Friis的噪聲方程得到整個(gè)穩(wěn)定放大器的噪聲指數(shù): 

 

        在這種情況下,,下標(biāo)1,、2、3分別代表[S1],、[S2]和[S3]表示的雙口(圖4),。另外,在等式8中,,下標(biāo)1和3代表晶體管前后的有損雙口網(wǎng)絡(luò)噪聲指數(shù)和增益(圖4),,下標(biāo)2代表晶體管本身的噪聲指數(shù)和可用增益,。特別地,F(xiàn)1是帶離散參數(shù)[S1]和反射系數(shù)ΓS1及 ΓOUT1的第一個(gè)阻性網(wǎng)絡(luò)從等式6得到的噪聲指數(shù),,GA1從等式5得到,。噪聲指數(shù)F3是帶離散參數(shù)[S3]和反射系數(shù)ΓS3及 ΓOUT3的最后一個(gè)阻性網(wǎng)絡(luò)從等式6得到的,GA1從等式5得到,。最后,,晶體管本身的噪聲指數(shù)F2由等式4得到,晶體管可用增益GA2從等式5得到,,使用離散參數(shù)[S2]和反射系數(shù)ΓS2及 ΓOUT2,。

        表中的最后兩行,GT和Ftotal,,為穩(wěn)定放大器預(yù)測(cè)跨導(dǎo)增益和總噪聲指數(shù),,匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成晶體管輸入反射系數(shù)ΓS2等于最佳反射系數(shù)Γopt。例如FHR02X HEMT的例子,,該最小噪聲成分在2GHz時(shí)是0.33dB,。

        這些結(jié)果中的特別有趣的是串聯(lián)輸出(情況4)與并聯(lián)輸出(情況5)相比比較提供了2dB額外的增益和好于0.1dB的噪聲指數(shù)。并聯(lián)輸入輸出配置(情況8)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定,,與串聯(lián)輸出相比提供了1.23dB的增益改善,,僅有0.30dB的噪聲指數(shù)劣化。這些比較表明,,對(duì)于給定的應(yīng)用為放大器提供可選的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò),,在增益、噪聲和穩(wěn)定性之間取得折中是可能的,。

 

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