微波固态电路第三章习题

1.试就异质节、低噪声、大功率等方面说明HEMT和HBT器 件的特点，以及各自适合哪种微波电路。

HEMT 和 MESFET 截止频率和栅长的关系曲线。 HEMT,MESFET 和HBT功率和频率的 关系曲线。 GaAs 和 InP的HBT也具有较高的频率特性， NEC公司的HBT截止频率可达到250GHz。 但总的来说HBT的最高频率较HEMT低。

HBT

HEMT HEMT 和HBT的噪声 特性。

HEMT

HBT

异质结噪声系数 功率 单元成本(mm^2) 工作频率

异质结更低 高 高 高

异质结低 高 较高 较高

功率效益最小线宽

高0.12-0.5um

最高2-3um

LNA HBT 2st

PA 1st

OSC 1st

f<6GHz 1st

f>6GHz 2st

HEMT

1st

2st

2st

2st

1st

2、证明放大器的输入端口的失配系数为：2 in

1 G 1 G M 2 s 1

1 GinGs

2

其中：

Gin ——放大器输入端反射系数Gs——源反射系数

+ VS -

ZSPS

ZIN

Transis tor

GS

GIN

Step 1 信号源到50欧姆的匹配ZS

+ aS 2 2

Pavs Pr

PS=|bs|2

50W

GSPs bs as br as2 2

P MS s Pavs

as

2

1 GS as2

2

1 G 2 S

1 G 2 S

Step 2 无限多次反射产生的Loop gainZSPS

+ VS -

bsZIN

1

a1GIN

GS

GS a1= bs + bs GIN GS bs (GIN GS)2 + bs (GIN GS)3 + +………..

GIN

b1

a1 1 bs 1 Gin G s

Gin G s 1

Step 3 晶体管输入端, MIN

+ V50-

P+=|a1|2Pr=|b1|2

PIN

ZIN

50WPin a1 b1 a12 2 2

GIN

1 G 2 in

M in

Pin a12

1 Gin

2

Step 4 总的失配系数

M 1 M S Loop2

gain M IN

PS a1 PIN 2 PAVS PS a 12 in

1 G 1 G 2 s

1 Gin G s

2

* 当共轭匹配时， 即 Zin Zs , Gs G* in

M1

1 G 1 G 2 s * 2 s

1 G 1 G 1 1 G 2 2 s s 2 2 s

1 GsG

* 2 s

思考： 采用下列放大器串接成一个级联的放大器；S11=-10dB, S21=15dB, S22=-6dB,请问串接后增益范围是什么？

+ V0 bs

50W

S21(new) M 50W

S11(new)a1 S21 S11 b1 b2 GS S22 S12=0 a2

S22(new)a1 GIN S11 S21 S22 a2 b2

1

b1 S12 =0

(1)假定S12= 0

2 GIN=S11=-10dB=0.316 GS=S22=-6dB=0.5 Loop gain=1/(1- S22S11) =1.188~0.864 (3) 两级的S21已经包含了MS and MIN 的损耗(4) Gain=S21x Loop gain x S21 GMAX=15dB+1.5dB+15dB=31.5dB GMIN=15dB-1.27dB+15dB=28.73dB

3、一场效应管工作频率为f=5.5GHz,偏置条件为：VDS=3.2V,ID=24mA。 已知S参量为：S11 =0.73<176°, S12=0.05<75°, S21=3.32<34°,S22=0.26<107°,假设放大器没有匹配网络,且负载为ZL=50欧姆,源阻抗为ZS=30欧姆,传 输线阻抗为Z0=50; (1)、求GTu,GT,Ga,并画出负载为10欧姆到100欧姆时GTu的幅度变 化值。 (2)、在单向化条件下为输入端口做匹配并求出GTu, (3)、在单向化条件下为输入、输出端口做匹配并求出GTu=GTu max

+

ZS

VS-

PAVSPr1GT

PINTransistor

PAVNPr2

PL

ZL

PL M S LG1 GTransistor LG2 M L PAVS2

1 GS P GT L PAVS 1 G S G INGTU 1 GS2 2

2

S21

2

1 G2 L 1 S22G L2 2

2

GT= f (GS, GL)

1 G S S11

S212

2

1 GL

1 S22G L2

(S12 0)

Ga

S21 (1 G S ) 1 G S S11 S22 G S2 2

解(1):负载阻抗为75欧姆，源阻抗为30欧姆时的：

GS

Z S Z 0 30 50 0.25 0 Z S Z 0 30 50

Z L Z0 75 50 GL 0.2 0 Z L Z0 75 50G IN S11 S12 S21G L 0.7083 + 0.0804i 1 S22G L

GOUT S22

S12 S21G S 0.2784 - 0.0796i 1 S11G S2

1 GS PL GT PAVS 1 G S G IN

2

S21

2

1 G2 L 1 S22G L2

14.4235 11.5907 dB

GTU Ga

1 GS

2 2

1 G S S112 2

S21

2

1 GL2

2 2

1 S22G L2

14.3488 11.5682(dB)

S21 (1 G S ) 1 G S S11 S22 G S

24.5216 13.8955(dB)

负载为10欧姆到100欧姆时GTu的幅度变化值：