低噪声放大器的理论分析.docx

低 噪 声 放 大 器 的 理 论 分 析

通道数可分为单端口、二端口和多端口网络。其中二端口微波网络是最常用的，本文将重点讨论。

表示彼波网络的参量有两类。第一类是反应网络参考面上电压与电流之间关系的，

如[Z]（阻抗）、［Y]（导纳）、A［]（转移）参量矩阵。第二类是反应参考面上入射波和反射波电压之间关系的，如[S)（散射）、T［)（传输）参量矩阵．

由于第一类参量矩阵的各元素都是在开路(i:cO)或者短路（产0)的条件下定义的．然而对千射频电路而言，端口的开路和短路都会导致信号全反射，对千有源器件网络可能会烧坏器件，且宽频带的开路和短路条件在射频电路也不易实现“汇因此从实际测量出发，需要有一种在网络端口匹配条件下描述网络特性的参数。而第二类参量矩阵的各元素都是在某端口接｀匹配负载＂的前提下获得的，在射频电路中应用广泛，并且可以直接通过测量获得。无论是有源器件还是无源网络，无论是二端口网络还是多端口网络，都可使用S参数分析(10)。

.., I

U;1--+1

Z01 s,) !

如千

T,

/－京-

二端口微波网络

｀

I,.,

s2Z田

s2

Z田

匕～

，l u,2

T,

图2.1 二端口催波网络及其S参数

图 2.1描述二端口彶波网络及其S参数，两端口面上的归一化反射波电压与归一化入射波电压之间的线性关系为

仁］［：＝；：口忙］

(2.1)

u各散射参量的定义及物理含义如下：

u

sII＝叶 ，表示T2面接 匹配负 载时 飞面的电压反射系数： （2.2a )

uuiI Uil=-0

u

s12＝叫 妇 ＇表示飞面接匹配负载时端口”2“到端口“1”的电压传输系数；（2.2b)

ui2

S21 飞u

s妇 寻u

U,2

Iiu2 动，表示飞面接匹配负载时端口“1”到端口”2”的电压传输系数：（2.2c )

忆。，表示1面接匹配负载时T2面的 电压反射系 数： （2.2d )

2.1.S史密斯圆图

在天线和彶波工程中，经常遇到阻抗计算和阻抗匹配问题，例如求传输线的输入阻抗。原则上我们可以利用阻抗计笲公式进行计笋，但非常繁琐，很不方便。史密斯圆图为解决这些问题提供了一个有效的方法。构成史密斯圆图的依据是长线理论中的一些基本公式，综述如下（沿线z坐标原点均选在终端）：

乞(z)＝竺z

＝止血，乞l＝鸟

1-r(:z） 1- r2

(2.3a)

～

r(z)＝r2e一12p, =I对e厄如）石＝一ZL一-1．r（ruz)..＝－Z(—z)-1

ZL+I·· Z(z)+J

p ＝喝 叮＝岊 ，K=;

式中 ：乞(z)和乞L为长线上任意，点和负载的归一化阻抗；

r(z) 和r2为长线上任意点和终端的反射系数：

(2.3b)

(2.3c)

p和K分别为驻波系数和行波系数：

令： r(z)＝几＋

～ ～

jr,,Z(z)=R+jX

(2.4)

将 (2.4) 式带入式 (2.3a)得到

等电阻圆 r

—R I

—

--－）2 +r .2 =-

(2.5)

U R+1 V (R+l)2

等电抗圆

（尸l2)

+（r宁 击

(2.6)

根据以上公式在极坐标系中绘制而成的曲线图称为极坐标圆图，即通常使用的史密斯圆图，如图2.2所示，它为等反射系数圆与等阻抗圆的重叠图．但图中未画出等相角线，而是以波长数z/J.标度表示：也未面出等们的同心圆，而是以驻波系数p和行波系数K来标度，反射系数的模们与驻波系数p及行波系数K可由一一对应关系换算。在工程应用中常用到导纳圆图，其原理与阻抗圆图类似，本文不再叙述。

10

,o

图2.2 史密斯圆图

无濒元件的高频特性

在射频微波电路设计中电阻、电容和电感是最常用的集总元器件。在频率较低的情

况下，这些元件可近似视为理想元件，而在射频r依波频段，必须考虑这些元件的寄生参数效应。不同的元件具有持定的高频特性，有相应的适用范围(141[15] 。本文讨论的无源

器件主要用于混合集成电路中的。

高频电阻

片状电阻的简化高频等效电路如图2.3所示。在这个表征电阻器寄生参数效应的模型中，每个集总参数元件都有其实际物理意义。图中电阻R为标称电阻；两个电感 L描述的是金属接头引线电感效应，电容C．描述的是电荷分离效应；电 容Cb为金属接头之间的电容效应；金属 接头电阻效应相比标准电阻很小，常常忽略不计。

bcI护

bc