一种微波放大器的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种微波放大器的设计方法，属于电路设计技术领域。该方法包括拟合晶体管在目标频率范围内的输入或输出阻抗；采用数值计算法获得输入或输出阻抗的等效网络；构造与等效网络对应的“共轭”网络，并将“共轭”网络与晶体管相连；对“共轭”网络进行优化，得到最佳输入或输出“共轭”网络；根据最佳输入或输出“共轭”网络得到最佳输入或输出等效网络；将最佳输入或输出等效网络匹配到端接阻抗，得到最佳匹配网络；将最佳匹配网络与晶体管相连，完成放大器的设计。该方法设计效率高，有利于直观地体现输入或输出之间的相互影响并能够充分发挥晶体管性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路设计
，特别涉及。
技术介绍
在近代微波系统中，放大器是最基本和广泛存在的微波功能电 路之一。早期的微波放大器依赖于诸如速调管和行波管等电子管或者基于隧道二极管或者变容二极管的负阻特性的固态反射放大器。但是自从20世纪70年代以来，大多数射频和微波放大器使用的均是晶体管器件，例如 Si、SiGe BJT, GaAs HBT, GaAs, InP FET 和 GaN HEMT 等。微波电路的根本是能量的传输或变换，其核心问题是正确处理电路的阻抗、频率和功率的关系，三者既相互独立又相互影响。因此，在射频/微波电路中，阻抗匹配网络的设计至关重要。同时，由于半导体晶体管的增益滚降特性，高频放大器在设计时则需要更加细致的考虑。在传统的微波放大器设计中，普遍采用的方法是根据放大器的设计指标，利用EDA工具在中心频点出设计初始输入或输出阻抗匹配网络，然后再将匹配网络与晶体管相连并优化，这种方法通常用于单级放大器或者具有较少元件的匹配网络的放大器设计。但是，如果放大器的结构复杂，如多级级联的形式时，放大器除具有输入或输出匹配网络，还具有至少一个级间匹配网络。有时，出于宽带设计或者其他性能考虑，还需要多阶匹配网络，这时，匹配元件便迅速增多，由于晶体管随频率变化特性不同于无源元件的简单线性特性，在这种情况下，如果依然利用EDA工具对整个电路进行设计，效率很低，并且不利于直观地体现输入或输出之间的相互影响以及充分发挥晶体管的性能，导致浪费高频晶体管的宝贵增益等现象的发生。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种提高设计效率，有利于直观地体现输入或输出之间的相互影响并能够充分发挥晶体管性能的微波放大器的设计方法。本专利技术提供的微波放大器的设计方法包括以下步骤拟合晶体管在目标频率范围内的输入或输出阻抗；采用数值计算法获得所述输入或输出阻抗的等效网络；构造与所述等效网络对应的“共轭”网络，并将所述“共轭”网络与所述晶体管相连；对所述“共轭”网络进行优化，得到最佳输入或输出“共轭”网络；根据所述最佳输入或输出“共轭”网络得到最佳输入或输出等效网络；将所述最佳输入或输出等效网络匹配到端接阻抗，获得最佳匹配网络；将所述最佳匹配网络与晶体管相连，完成放大器的设计。作为优选，当所述放大器为多级放大器时，还包括级间最佳匹配网络，所述级间最佳匹配网络是将后一级最佳输入匹配网络匹配到前一级的最佳输出匹配网络得到的。作为优选，所述拟合晶体管在目标频率范围内的输入或输出阻抗包括以下步骤利用EDA工具获得晶体管在不同频率下的输入或输出阻抗；采用多参数等效网络拟合晶体管在目标频率范围内的输入或输出阻抗。作为优选，所述多参数等效网络包括电阻和电抗元件。作为优选,所述电抗元件包括 电容。作为优选,所述电抗元件还包括电感。作为优选，所述等效网络的“共轭”网络是在等效网络拓扑连接方式不变的情况下，将所述等效网络中的电抗元件在数值上取“负”得到的。作为优选，所述最佳输入或输出等效网络是在等效网络拓扑连接方式不变的情况下，将所述最佳输入或输出“共轭”网络中的电抗元件在数值上取“负”得到的。作为优选，所述晶体管包括裸管芯、封装后的管芯，经过预匹配的管芯，或者，源极、栅极或漏极有反馈元件的管芯。本专利技术提供的微波放大器的设计方法设计效率高，有利于直观地体现输入或输出之间的相互影响并能够充分发挥晶体管性能。附图说明图I为根据本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法设计的两级级联放大器的原理结构示意简图；图2为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中两参数输入阻抗等效网络拓扑结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中两参数输出阻抗等效网络拓扑结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中三参数输入阻抗等效网络拓扑结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中三参数输出阻抗等效网络拓扑结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中“共轭”网络的构造方法示意图；图7为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中“共轭”网络与晶体管相连后的结构不意图；图8为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中最佳输入等效网络匹配到端接阻抗的输入匹配网络的结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中后一级晶体管最佳输入等效网络和如一级晶体管最佳输出等效网络之间的级间匹配网络的结构不意图；图10为本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法中最佳输出等效网络匹配到端接阻抗的输出匹配网络的结构示意图；图11为根据本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法设计的两级级联放大器的原理结构示意图；图12为根据本专利技术实施例提供的微波放大器的设计方法设计的两级级联放大器的整体在优化前计算机仿真小信号S参数曲线，其中，实线代表dB (S (2，1))，点划线代表dB (S (1，1))，虚线代表 dB (S (2，2))。具体实施例方式为了深入了解本专利技术，下面结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的微波放大器的设计方法包括以下步骤步骤I :拟合晶体管在目标频率范围内的输入或输出阻抗。 步骤I. I :利用EDA工具获得FETl和FET2在不同频率下的输入或输出阻抗。本实施例中，基于半导体晶体管的微波测试，在ADS中利用Smith Chart Utility或者MatchingUtility得到FETl和FET2对应的输入或输出阻抗的电阻和电抗元件随频率变化曲线，通过该曲线获得FETl和FET2的目标频率范围。步骤I. 2 :采用多参数等效网络拟合FETl和FET2在目标频率范围内的输入或输出阻抗。其中，多参数等效网络包括电阻和电抗元件。其中，电抗元件包括电容。其中，电抗元件还包括电感，以便于在晶体管负载阻抗的频率范围很宽的情况下获得的输入或输出阻抗的等效网络具有更高的吻合度。。步骤2 :采用数值计算法获得输入或输出阻抗的等效网络，参见附图2 5，其中，附图2是包括电阻和电容的两参数输入阻抗等效网络拓扑结构示意图，附图3是包括电阻和电容的两参数输出阻抗等效网络拓扑结构示意图，附图4是包括电阻、电容和电感的三参数输入阻抗等效网络拓扑结构示意图，附图5是包括电阻、电容和电感的三参数输出阻抗等效网络拓扑结构示意图。实践中，等效网络拓扑结构是根据功能需要，如虚部吸收、偏置接入、隔直、谐波抑制等选取的。步骤3 :在等效网络拓扑连接方式不变的情况下，将等效网络中的电抗元件在数值上取“负”构造与等效网络对应的“共轭”网络，参见附图6，其中，“负”电容或者“负”电感，只具有数值意义，而不代表实际电容值或者电感值，并将“共轭”网络与晶体管相连，参见附图7。步骤4 :对“共轭”网络进行优化，即对“共轭”网络中的各参数的数值进行调整，得到最佳输入或输出“共轭”网络。步骤5 :将最佳输入或输出“共轭”网络中的电抗元件取“负”得到最佳输入或输出等效网络。步骤6 :将最佳输入或输出等效网络匹配到端接阻抗，本实施例中，端接阻抗为50Q的电阻，得到最佳匹配网络，参见附图8 10，其中，图8为最佳输入等效网络匹配到端接阻抗的输入匹配网络的结构示意图；图9为后一级晶体管最佳输入等效网络和前一级晶体管最佳输出等效网络之间的级间匹配网络的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波放大器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：拟合晶体管在目标频率范围内的输入或输出阻抗；采用数值计算法获得所述输入或输出阻抗的等效网络；构造与所述等效网络对应的“共轭”网络，并将所述“共轭”网络与所述晶体管相连；对所述“共轭”网络进行优化，得到最佳输入或输出“共轭”网络；根据所述最佳输入或输出“共轭”网络得到最佳输入或输出等效网络；将所述最佳输入或输出等效网络匹配到端接阻抗，得到最佳输入或输出匹配网络；将所述最佳匹配网络与晶体管相连，完成放大器的设计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戈勤，郑英奎，彭铭曾，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：