若运算放大器稳定性分析的稳定性k<1，可否同时实现输入，输出网络共轭匹配

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弹载小型高增益功放双共轭匹配设计方法
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应用于无线局域网80211a和卫星通信的功率放大器设计与实现
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WLAN射频前端功率放大器设计_图文
导读：射频功率放大器是构成通信系统、雷达系统和微波应用系统中的发射机和接收机的重要组成，普通的电路设计显然是不能满足要求的，射频电路的设计需要考虑器件的非线性、稳定性和匹配的问题，经过较长时间的发展电路设计已经趋于成熟，例如MAXIM公司已开发出应用于WLAN的低成本、超小封装的通用射频功放，使得设计高线性度、高稳定性的射频功放成为了可能，文献[2]中就讨论了一种输出为7W的应用于1.6GHz的C类
射频功率放大器是构成通信系统、雷达系统和微波应用系统中的发射机和接收机的重要组成部件，可以应用于包括通信、雷达、导航、识别、空间、对抗、GPS、3G等各类无线系统中。随着应用频率的增高，普通的电路设计显然是不能满足要求的。射频电路的设计需要考虑器件的非线性、稳定性和匹配的问题。经过较长时间的发展电路设计已经趋于成熟，例如MAXIM公司已开发出应用于WLAN的低成本、超小封装的通用射频功放。
随着技术的发展和改进，使得设计高线性度、高稳定性的射频功放成为了可能。文献[2]中就讨论了一种输出为7W的应用于1.6G Hz的C类BJT功率放大器，具有这样应用于高频率、高输出功率的功放可以满足现代电路系统的需要，当然设计这样的功率放大器也就成了必然。射频功率放大器的电路设计，最好的办法是参考以往的较为成熟电路图，分析电路各个模块的功能，再在新的要求下设置电路参数，最终完成要求的电路的设计。
在本论文中，讨论了2.4 G Hz 射频功率放大器电路设计的具体实现过程，就是要在应用小信号S参数法完成正向总体设计后，在满足增益和输出功率的要求下，分析、改变输入与输出匹配电路的形式，提高电路的带宽，并通过ADS进行优化，使电路的稳定性因子K大于1，即使电路工作在稳定状态下。输入匹配采用最大增益匹配；输出匹配采用最大输出功率匹配，即采用图解法对RL共轭匹
配。小信号设计完成后对电路进行大信号仿真，完成谐波平衡分析和电源效率分析，并对电路优化以更好地满足设计要求。
2 WLAN射频功率放大器工作原理分析
2.1 功率放大器结构简介
功率放大器的基本结构如图2-1：
图2-1一般功率放大器的基本结构
主要由四部分组成：输入匹配input matching、偏置网络bias network、放大级amplifier stage、输出匹配output matching。对于单级放大器，放大级一般只有晶体管和必要的电容电感组成。电容电感的作用是直流去耦和RF扼流。
输入匹配电路的功能是实现对输入阻抗与输入信号源内阻阻抗匹配，以达到最大增益输出。仿真电路时输入匹配的表现形式是散射参数S11。当输入阻抗匹
配时，散射参数S11呈现出一个负的很小的值；随着匹配的变坏，其值会不断变
大，这时必须要对电路进行优化，以保证匹配良好，进而保证输出增益最大。
偏置电路的功能是保证选用的晶体管工作在特定的工作点。工作点的确定是为了保证A类功放有最大的输出功率，并保证管子工作在线性放大区，以避免输出波形的失真。
2.2 功率放大器的作用简介
射频功率放大器在无线通信、雷达、导航、广播、空间研究和射频识别等中有着广泛的应用，主要用于对输入信号的功率放大。
如图2-2所示是一个应用于雷达系统的放大部分系统图。
图2-2 放大电路应用图
雷达需要的发射功率比较大，所以应用了两级放大。前端为高增益功率放大器，增益为12dB，目的是将输入的小信号放大为大信号。后面一级为高功率放大，目的是提高输出功率，用于发射。
3 WLAN射频前端功率放大器的总体设计
3.1 基础知识
功率放大器是把输入功率进行放大的系统。WLAN射频前端功率放大器是应用于无线局域网发射系统的功率放大器。近年来WLAN广泛应用，但是当两个或多个网络相互连接时，
无线局域网的低功率和高频率限制了其覆盖范围。为了扩大其覆盖范围，可以引入蜂窝或微蜂窝的网络结构或者直接增大发射功率扩
大覆盖半径等措施来实现。前者实现成本较高，而后者则相对较便宜，且相对较容易实现。本文讨论了应用于无线局域网的功率放大器的具体详细的实现过程和步骤。
3.1.1双口网络参数――S参数
设计功率放大器之前需要首先学习和理解用于射频和微波电路设计的基础知识。双口网络已被广泛的应用于射频和微波电路设计，用于描述有源与无源器件的电性能。当设计功率放大器时，一个双口网络最适合描述有源器件、双极或场效应管非线性特性的特征，它的元素可以通过阻抗Z参数、导纳Y参数或混合H参数来表达。而散射S参数用于简化测量过程。本文中主要应用S参数进行测量和匹配电路的设计。
由于微波晶体管在小信号应用时是线性器件，可以把它看成是线性有缘二端口网络。如图3-1所示，如果只关心放大器的外部特性，放大器可当作一个
?b1??S11S12??a1??b???SS???a??2??2122??2?
二端口网络，其输入、输出之间的关系可表示为
由于微波晶体管在小信号应用时是线性器件，可以把它看成是线性有源二端口网络，可得如下的定义：
S21?b1a1b1a2b2
a1标准化输入入射波 a2?0 (2-2)
a2标准化输出入电波
b1标准化输入反电波
b2标准化输出反电波
a1?0a2?0bS22?2a2a1?0
S11表示输出端口理想匹配在负载无反射波的情况下输入口的反射系数；
S12表示输入端口理想匹配情况下输出口的反射系数；
S21表示输出端口理想匹配在负载无反射波的情况下输入口的传输系数；
S22表示输入端口理想匹配情况下输出口的传输系数。
图3-1 等效的二端口网络图
3.1.2 阻抗匹配
阻抗匹配的目的是使源传递给负载最大的RF功率。一般而言，最佳的解决方案依赖于电路的要求，例如简单易于实现，频带宽度，最小的功率波动，设计的可实现性和可调节性，设定的工作条件，足够的谐波抑制等。由此得到很多类型的匹配网络，包括集总元件和传输线。本文采用的是集总元件与传输线相结合的方法，并利用Smith圆图轨迹法作为工具。
为了达到最大功率输出，一般会采用在输入端做最大增益匹配，在输出端做最大输出功率匹配的方法，即输出端做共轭匹配。匹配电路的类型有多种，拓扑结构一般有三种：L形，T形，∏形。三者各有各得的特点：L形网络结构简单，容易设计，但是匹配后带宽较窄，电路的品质因数Q值不容易调整；∏形网络较为复杂，设计较难，但是电路的品质因数Q值容易调整，以便获得较大的带宽。具体参见参考文献[1]。
如前面所述，匹配的类型一般可有三种：集总元件匹配，微带线匹配和混合匹配。集总元件匹配一般应用于较低频率，多用于VHF、UHF等；微带线匹配一般应用于频率大于4GHz的电路；混合匹配法一般应用于2―4GHz的频率。
本文工作频率位于S波段，带宽要求不是很高，故采用L形结构集总元件与微带线相结合的形式。从后面的测量可以看到，匹配后带宽的结果还是比较理想的。
实际上，传输线和集总元件在单一频率上是可以等效的，如下图所示。
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第三章 匹配理论
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