输入功率倒退1dB，M3改善2dB。 由于
Pout(dBm)
1dB 1
ý ×» ÷ È ½ ½ µ Ø ¹ ã ½ Ö µ
IP3
1 M3 dB
P dB Pin 1dB G0 dB 1 1 Pout dB Pin dB G0 dB
P3 a
3 1
小信号工作时

M 3 dB 23.75 2( P1dB Pout dB 1)
* k1为小信号电压增益；k3为负，代表压缩特性。
6
输入：
A A V cosw1t cosw 2 t 2 2
(使总功率保持不变)
输出基波：
1 9 k1 A k 3 A3 cosw1t cosw 2 t 8 2 1 3 k3 A3 cos2w1 w 2 t cos2w 2 w1 t 2 8
14
S21 只降模值 S12 只升模值
3. 动态阻抗法
没有模型也没有S参数的晶体管，可先测得最佳Zin 、Zout ， 再设计微带匹配电路。
FET ÷ä ÷ µ Å Æ 1 VSWR1 Zin(f) ÷ä ÷ µ Å Æ 2 Zout(f) VSWR2
• 在一定频率及输入电平下，调整工作点及调配器，使输出功 率最大、同时效率较高(偏置电流小)时，得最佳负载状态。 • 用共轭替代法，用网络分析仪测出此状态下两端输入、输出 阻抗，用于功放匹配网络设计。 这种方法的功放非线性是不可预估的，故对线性功放的设 计一般不用。
三阶交调分量：
• 1dB压缩点三阶交调系数
M3
1dB
三阶交调分量电压幅度 20lg 1dB 23 .75dBc 基波电压幅度
实际经验值略小，通常取 M3 1dB -23dB
7
6. 三阶交调截止点
1 k1 A A很小时的基波： 2
1 3 k 3 A3 三阶交调分量： 2 8
§1.8 微波功率放大器
§1.8.1 基本指标
1. 功率单位 微波功率放大器一般指P>1W。目前，商品可到百瓦(厘米波段) 单位：dBm，以1毫瓦(mW)为基准计量的倍数。
1W P0 (mW ) 10lg 30 dBm P(dBm) 10lg 1mW 1mW 例如：1mW=0dBm 1W=1000mW=30dBm 10W=40dBm
P1dB-- G1dB对应的输出功率
2
有关定义：
• 输入功率较小时，增益为常数，称为小信号线性增益G0； • 输入功率继续增大，功放输出功率出现非线性，输出功率 与输入功率的比值即增益减小； • 当功放增益比小信号线性增益G0下降1dB时，称为“1dB压 缩点增益”G1dB，对应的输出、输入功率称为“1dB压缩点 输出功率”P1dB及“1dB压缩点输入功率”Pin <1dB> 。
输入单频等幅信号时，输出信号相位变化(单位：弧度)与输
入信号功率变化(单位： dB)的比值。
dq (度 dB) dPin 180
12
§1.8.2 功率放大器设计原则
1. 线性功率放大器
与小信号高增益放大器设计的S参数公式完全一样。
S12 S 21L in S11 1 S 22 L
4. 1dB压缩点(1dB Gain Compressed Point)输出功率 P1dB
Pout(dBm)
G(dB) G0 G1dB
1dB
P1dB
1dB
0
Pin <1dB>
Pin(dBm)
0
Pin <1dB> Pin(dBm)
G1dB-- 增益下降1dB点 Pin <1dB>-- P1dB对应的输入功率
eV nKT
1) I S (eV 1)
9 12
IS－反向饱和电流，10 ~ 10 n－工艺理想因子 1 ~ 1.5 (1.1) K－波尔兹曼常数 1.38 10 23 J / K 1.602 10 19 C e－电子电荷

e nKT
(10 10 ) mA
I
IS
IS
VB

ÜÜ ¾¾ ¹¹ ÐÐ ·õõ ÷¬¬ »» ÑÑ ÊÊ ÖÖ · ÷
ÉÉ ¬¬ ùù ´´ ÆÆ »» ýý öö ÜÜ ÅÅ ÒÒ ³³ ¹¹ ½½
GaAs»» ÆÆ ù GaAsù ¬¬
SiO2±»» ²² ¤ã SiO£±¤ã 2£
梁式引线管
¤ØØ ùù áá ÐÐ ÌÌ »» ½½ ¤
N GaAs N GaAs
2 2
基波输出功率： Pout
dB
10 lg G0
dB
k1 A / 2 Z0 Pin
dB
10 lg k 10 lg
2 1
A/ 2 Z0
三阶交调输出功率：
P3 10 lg
' k3 dB
3k A / 8 /
3 3
2
2
dB
Z0 3Pin dB
A/ 2 3 2 10 lg( k 3 Z 0 ) 10 lg 2 Z0
22
封装形式比较
陶瓷封装
• • • • 性能好(CP、LS小) 稳定、可靠、抗震、抗湿 尺寸大 结构复杂，成本高
微带塑封
• 适用于混合集成 • 成本低、尺寸小 • 电容大、频率低
梁式引线
• 寄生参数小，频率高 • 工艺难度大，成本高
23
混频二极管电特性
1. I-V 特性
I I S (e
P dB P dB 1 out 1
Pin a Pin(dBm)
9
倒退值：
P ( P1dB
M 3 dB 23.75 Pout dB ) 1 2
Pout dB
M 3 dB 23.75 1 P1dB P1dB P 2
需要输入功率： • 三阶交调截止点
V0
衡量放大器非线性失真的程度 输入输出电压拟合：
V0 k 0 k1V k 2V 2 k 3V 3
(k0，k1，，为实常数，V<1) 输入信号： 输出信号：
0
V
放大器输入、输出曲线
V A coswt
1 3 2 V0 k 0 k 2 A k1 A k 3 A3 coswt 2 4 1 1 2 k 2 A cos 2wt k 3 A3 cos 3wt 2 4
5
k1 A 3k 3 A3 / 4 3 k1 k 3 A2 非线性基波电压增益： GV A 4
非线性基波功率增益：
k1 A 3k 3 A3 / 4 3 G(dB) 20 lg 20 lg(k1 k 3 A2 ) A 4
小信号功率增益：
G0 (dB) 20 lg
k1 A 20 lg k1 A
out S 22
S12 S 21S 1 S11S
区别仅是：由于功率管输入阻抗很低，匹配电路形式有 少许不同。
13
2. 大信号S参数法 • 输入信号加大，功率管呈非线性
• S参数随Pin变化规律：
S11 只变相位 S22 只降模值 • S参数测量困难： a. 大功率的测量设备 b. 不同功率、不同频率下测量，数据量大 c. 容易损坏功率管 • 一般用模型法
Pin dB Pout dB G0 dB
M 3dB 2( Pout dB IP3 )
IP3 P1dB 12
10
这个规律虽不严格但非常准确。
7. 调幅、调相转换系数
基波电压增益： GV k1 3 k 3 A2
4
3 k 3 A2 4
q
GV
k1
GV
k1
3 k 3 A2 4
在P1dB点有：
10lgP1dB=10lg(G0·in<1dB>)-1 dB 即 P P1dB=Pin<1dB>+G0dB-1 dBm 或 G1dB=G0dB-1 dB
3
5. 三阶交调(Intermodulation)系数 • 放大特性出现非线性时，多个微波信号之间将出现交叉调制 谐波。
P
mw1 nw 2
17
§ 2.1 微波混频器件
二极管混频 性能稳定 动态范围大 结构简单，无电源 成本低 三极管混频 有混频增益 可实现自振荡混频
18
微波二极管
混频 振荡 控制 调频 倍频 放大 检波 整流 控温 肖特基势垒管(面接触)，点接触 体效应管(甘氏管)，雪崩管 PIN管 变容管 变容管，阶跃恢复管 变容管，体效应管 反向管，低势垒管 平面管，闸流管 致冷PN结
P
w 1 w2
w
2w1-w2
w w1 w2 2w2-w1 3w2-2w1
• 三阶交调分量(|m|+|n|=3时)： 2w1 w 2
2w 2 w1
4
最靠近有用信号的杂波分量，将造成话路串扰、误码率增加。
• 三阶交调系数
三阶交调电压幅度 M 3 20lg dB 输出基波电压幅度
Cds
LS
S
输入功率加大后出现的正栅的反向击穿电流
16
第二章 微波混频器
§2.1微波混频器件
§2.2肖特基势垒二极管
§2.3非线性电阻混频原理
§2.4微波混频器电路
§2.5谐波混频器(书§2.8.2) §2.6混频器的数值分析法(书§2.5) §2.7混频器噪声系数 §2.8 上变频器
低频无相移网络
微波有相移网络
• 输入幅度变、相位变，输出则也会幅度变、相位变。
• 输入幅度变，输出幅度和相位都会变，叫调幅、调相
(AM/PM)转换现象。
11