可见，信号源资用功率与Γs有关。
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12
放大器的功率关系
对于输出端口，应用同样的原理分析。
已知a2是放大器端口2的入射波，但对负载来说
它是反射波，所以有： a2 b2L
又由S参量定义， b 2 S 2 1 a 1 S 2 2 ,a 2 S 2 1 a 1 S 2 2 b 2 L
整理得：
b2
b1=S11a1+S12a2
ai、bi分别为输入、输出信号的振幅大小。 b2=S21a1+S22a2
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7
放大器的网络模型
• 下图为典型单级放大器，其输入端接信号源，输出 端接负载。
• 输入、输出匹配网络可用于减小有害反射从而增加功率流 容量。
• 放大器的指标由其在特定偏置条件下的S参量确定。
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8
放大器的功率关系
2
(1L
2)
1 bs 2 21s 2
由 bsa1(1ins)
GT
S212(1L2)1(s 2) 1S22L 21ins 2
.
15
输入、输出反射系数
• 在输出端口接ZL负载时，ΓL＝a2 / b2，代入S参量
公式，有：
b 1 S 1 1 a 1 S 1 2 b 2 L ,b 2 S 2 1 a 1 S 2 2 b 2 L
• 如果放大器的输入阻抗与信号源的阻抗共轭匹配， 即大:功率传，输或Z。in Zs 。则信in号 源s 到放大器之间有最
• 在共轭匹配下信号源传给负载（放大器）的最大 功率定义为信号源的资用功率（记作PA）：
P AP in in s 1 21 b sin 2 s2(1 in2) in s 1 21 b s 2 s2
信号源
bS
a1
b1
双端口网络
1 bS1 bS1 2S
S bS
bS1S bS1 2S2
•
于是输入端口的入射波：
因为Γin=Γ1=b1/a1， a1
b 1 b bS s 1 [1 1 S ( 1 S)2 K ] 1 b S 1 1S 1 ins
.
10
放大器的功率关系
所以，放大器的入射波 功率：
S21a1 1 S22L
因此，负载的输入功率（即负载吸收的功率）：
P L 1 2b 22 1 2a 22 1 2b 22(1 L2 ) 1 21 S S 2 1 2 a 2 1 2 L2(1 L2 )
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13
放大器的功率增益
• 射频微波晶体管放大器功率增益是管子S参数、信号源 阻抗和负载阻抗的函数。
• 求出输出端入反射系数： inab11 S111S21SS1222 L L
• 同理，当输入端口接源阻抗Zs时，由
• 求b 出1 输 出S 1 端1 b 1 入 反s 射S 系1 2 数a 2 ：,b 2 S 2 1 b 1 s S 2 2 a 2
Pinc
1 2
a1
2
1 2
bs 2 1ins
2
显然，放大器输入端的 实际输入功率应为入射 波功率减去反射波功率， 即:
P in
1 2
a1 2
1 2
b1 2
1 2
a1 2
1 2
a 1 in
2
1 2
a 1 2 (1
in
2)
1 2
bs 2 1 in s
2(1 in2).11
放大器的功率关系
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5
小信号放大器的性能指标
• 增益和增益平坦度（以dB表示） • 工作频率及带宽（单位Hz） • 稳定性 • 噪声系数（以dB表示） • 输出功率（单位dBm） • 输入输出端口匹配( 反射系数或驻波比) • 直流工作电压和电流（单位V和A） • 其他参数：
• 线性度（动态范围）、交调失真、谐波、反向隔离等
• 如果把两个匹配网络分别归入信号源和负载阻抗中， 则放大器电路可以简化如下图。
• 由此模型分析放大器的功率关系。
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9
放大器的功率关系
• 设信号源阻抗为Zs，匹配网 络阻抗为Z0，则信号源的归 一化电压：
• 已知b1是放大器输bs入端ZVs口sZ的Z0 0 / Z0 反射波，但对信号源来说它 是入射波。b1被信号源Zs再 反射后变成了向放大器入射 的波。
RF Circuit Design: Theory and Application
福州大学通信工程系 许志猛
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1
TOPIC 7-1
射频/微波放大器 增益及稳定性
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2
主要内容
• 放大器的基本原理
• 放大器的分类 • 放大器的特性指标
• 放大器的功率关系
• 放大器的功率增益
• 放大器的稳定性判定
• 稳定性判别圆 • 绝对稳定 • 有条件稳定 • 稳定性措施
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4
RF/MW放大器的分类
• 按用途： • 低噪声放大器 • 中频放大器 • 可变增益放大器 • 功率放大器
• 中功率放大器、大功率放大器。
• 按信号的强弱： • 小信号放大器 • 大信号放大器
• 按工作范围： • 宽带放大器 • 窄带放大器
• 按电路组态工作点的位置： • A(甲)类、B(乙)类、C（丙）类……等
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6
放大器的二端口网络表示
• 所有放大器，不管其内部结构是什么，都可以用 线性二端口模型来描述。
• 当频率在RF频段以上时，通常采用S（散射）参
量来描述网络。
s11
b1 a1
a2 0
s21
b2 a1
a2 0
1 a1 b1
1'
[S]
a2 2 b2
2'
s22
b2 a2
a1 0
s12
b1 a2
a10
[ b ]=[ s ] [ a ]
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3
RF/MW放大器的基本原理
• 放大器是无线收发机中的重要组成部件。 • 类似于低频放大器，RF/MW放大器电路是为了
获取稳定的增益，其基本原理相同。 • 在RF/MW放大器电路中通常使用二端口网络进
行描述，用S参量表述晶体管的特性，因此其分 析和设计也是基于S参量和二端口网络。 • 对射频电路而言，要特别关注输入端与输出端的 阻抗匹配问题。
• 资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比， 源端和负载端均共轭匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗无关。 它是放大器增益的最大潜力，即：GA=Pavs/Pavs。
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14
转换功率增益
• 负载吸收功率与信号源资用功率的比值称为放大 器的转换功率增益，即：
GT PL/PA
1 S21a12 21S22L
• 信号源阻抗、负载阻抗与放大器的匹配状态不同时， 所得功率增益是不同的，通常有：
• 转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功 率之比，与两端阻抗都有关，即：GT=PL/Pa。
• 实际功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端吸收功率之 比，与源阻抗无关，与负载阻抗有关，即：G=PL/Pin 。