微波放大器研制毕业设计

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1、 1 第一章 引言 随着半导体技术的迅速发展, 微波晶体管放大器在提高工作频率和增大输 出功率等方面都取得了很大的进展。但随着晶体管工作频率和输出功率的提高, 其输入和输出阻抗实部会非常低,并具有相当的电抗,在实际应用中, 这些低阻 抗需要与系统特性阻抗(一般为 50)相匹配, 并有足够的带宽。微波放大器近年 来已广泛应用于雷达、电子对抗、广播电视等领域，它具有体积小、重量轻、耗 电少、可靠性高、相位特性好的优点，且一般都在 50 欧姆的微带线上进行调试 因此, 在源和负载之间需要设计和制作一个宽带、 高匹配的无源网络,使晶体管 的实部得以提高,虚部尽量减小,这样既可减小输入端的反射功率,又能

2、增大器件 的输出功率,这样不仅提高了功率增益和集电极效率,也增加了功率管在整个频 带内的稳定性,充分发挥微波功率晶体管的性能,这种无源网络被称为微波匹配 电路。 1.11.1 微波晶体管放大器的发展微波晶体管放大器的发展 微波放大器通常是随着放大器件的生产和工艺技术的改进而发展的。 微波晶 体管放大器也是如此。它随着微波晶体管的生产和工艺技术的发展而发展，40 年代末期，世界上第一只半导体三极管问世，由于其体积小，重量轻，省电等优 点，受到极大的重视。并迅速发展成为固体电子器件的一个重要分支。到 60 年 代中期，由于平面外延工艺的发展，双极晶体管的工作频率跨进了微波频段，出 现了微波双极性晶

3、体管（BJI）及其相应的放大器。早在 1952 年，W.肖克来就提 出了场效应晶体管(FET)，但是由于当时工艺技术条件限制，这种管子还未发展 成为实用固件器件。直到 60 年代中期，随着半导体材料和工艺的迅速发展，FET 不但很快成为实用的固体器件，而且紧跟着在双极晶体管之后迅速进入微波频 段，出现了微波及其相应的放大器。微波双极性晶体管及微波并驾齐驱，是微波 晶体管放大器的发展日新月异。60 年代中期微波晶体放大器出现后，由于其频 带宽，稳定性好，省电，简单的特点，并且其噪声性能也不差，因而很快取代了 之前的。随着工作频率的提高和噪声性能的改善，到了 60 年代晚期，微波晶体 管放大器开始

4、取代了 L 和 S 波段的低噪声行波管放大器。 现在由于技术的成熟再 加上微波 FET 可以达到的工作频率比微波双极性晶体管可能达到更高， 并且前者 2 的噪声系数也比后者低很多，尤其在近几年，随着半导体微电子技术的发展出现 了很多性能优越，价格便宜的微波器件，从分立元件到 MMIC，这些都为工程设 计提供了很多选择， 再加上近几年无线通信技术的迅猛发展使得这些器件获得了 广泛的应用。 1.21.2 微波晶体管放大器设计的发展微波晶体管放大器设计的发展 微波晶体管的内部结构和管壳封装会形成许多寄生参量。 由于这些寄生参量 的影响，以及双极性晶体管的基区和场效应管的沟道分布特性，使他们在微波频

5、率上不便于在用低频电流电压的概念及相应的网络参量来分析， 因为这些参量的 测量已经变得很困难，一直无法测量，这时用波的概念和相应的网络参量来分析 较为有利。 上世纪六十年代 K Kurokawa 提出了功率波和散射参量 （简称 S 参量） 。 六十年代 Bodway 用他们来系统的分析微波晶体放大器。微波晶体尺寸很小，在 微波频率上其输入和输出阻抗较低，因此，无论在结构方面，还是在阻抗匹配方 面，它都适合于与微波电路等配合应用。在微波晶体管设计思想发展的同时，微 波电路计算机辅助计算技术也得到了快速的发展。由于微波电路较难进行微调， 在技术性能要求比较严格的放大器中，噪声系数，工作频率，增益平

6、坦度，输入 输出驻波比等许多技术指标不仅要求苛刻，而且各指标互有矛盾，只能依靠计算 机辅助设计软件来支持。微波电路 CAD 技术源于六十年代末，大都在美国高等学 院进行研究。在七十年代中期已有商品软件投放市场。同时国外各大公司的研究 机构也自行开发自己使用的程序。进入八十年代后，不少微波 CAD 软件公司相继 成立，微波电路设计软件的功能不断增强，作为完整的 CAD 工具已经成熟，现在 市场上应用范围广的微波电路设计软件有这次我选择的由 AWR 公司开发的 microwave office，安杰伦公司的 ADS，ansoft 公司的 serenade。 1.31.3 通信的发展对微波放大器的要求通信的发展对微波放大器的要求 由于近年来无线通信、卫星通信、全球定位系统、雷达及无线接入系统的 发展、新型半导体器件的研制使得高速数字系统和高频模拟系统不断扩张，达 到微波频段。微波放大器作为上述系统的前端部分，已经在这些系统得到广泛 的应用。而且对于这些通信系统的要求是通信距离越来越远，接受的灵敏度越 来越高，体积越来越小，相应的对微波放大器的基本要求是： （1）频带宽，相位线性好。由