基于复平面圆图的射频放大器分配方案研究
目前，射频前端技术已经成为系统芯片设计制造领域非常重要又很活跃的研究方向，射频放大器作为射频前端的关键技术，是值得深入研究的课题。在移动通信(GSM和3G)、卫星全球定位(GPS)、无线局域网(WLAN)和射频识别(RFID)等领域，工作频率都已经达到GHz频段，需要采用射频前端技术，射频放大器作为射频前端技术的核心，引起了广泛的关注。在射频接收系统中，在低噪声的前提下对信号进行放大是对射频前端的基本要求，需要考虑放大器的噪声系数和增益，同时由于射频电路的波动性，放大器还需要考虑稳定性和驻波比，因此对射频放大器的设计也提出了更为严格的要求。本文基于复平面圆图提出了一种小信号射频放大器的分配方案。射频放大器的输入输出驻波比、增益和噪声系数这几个指标相冲突，各项指标不能同时达到最优，给出了单项参数达到最优的条件，提出了提高射频放大器综合性能的分配方案，并给出了仿真曲线和仿真结果分析。
1 射频放大器的主要参数
1．1 稳定性
由于反射波的存在，射频放大器在某些终端条件或工作频率有产生振荡的倾向，产生不稳定，不再发挥放大器的作用。可以用图解法或解析法判定放大器的稳定性，图解法是观察稳定判别圆与史密斯圆图的相对位置，当放大器绝对稳定时，稳定判别圆包含史密斯圆图或稳定判别圆完全位于史密斯圆图外；解析法是计算稳定性因子，绝对稳定要求稳定性因子k>1。
1．2 增益
放大器的转换功率增益为：
式中：
为输入匹配网络的有效增益；
为晶体管的增益；
为输出匹配网络的有效增益。恰当的匹配网络可以使放大器的增益大于晶体管的增益，GSmax和GLmax可以大于1。1．3 噪声系数
噪声系数由放大器输入端额定信噪比与输出端额定信噪比的比值来确定。对放大器来说，噪声的存在对整个设计有重要影响，在低噪声的前提下对信号进行放大是对放大器的基本要求。二端口放大器的噪声系数可以表示为：
1．4 输入和输出驻波比
信源与晶体管之间及晶体管与负载之间的失配程度用输入和输出电压驻波比来描述，很多情况下放大器的驻波比必须保持在特定指标之下。放大器的输入和输出电压驻波比为：
2 射频放大器的分配方案
2．1 单项参数达到最优的条件
(1)增益达到最优与输入和输出匹配网络均有关。当输入匹配网络与输出匹配网络能保证晶体管的输入和输出端分别实现共扼匹配时
，这时晶体管既能从源获得最大输入功率，又能输出给负载最大功率，放大器可以实现最大增益。(2)噪声系数达到最优仅与输入匹配网络有关。噪声系数可以表示为：
的关系为
。当源的反射系数
时，F=Fmin，噪声系数最小。
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