【求助】关于超宽带放大器增益平坦性和稳定性的问题

tina_whj · 发表于 2006-9-5 16:57:00

在设计LNA的时候，我们一般的设计思路是先做稳定性分析，然后在预定增益下做噪声匹配。可是在做超宽带放大器时这个思路好像就行不通了，仿真时发现如果要做到全频带内的绝对稳定，那么输出串连电阻就得很大（>100欧姆），而这个电阻会将高频端增益完全衰减。
事实上，在做这种超宽带放大器时，有文献的设计思路是，采用负反馈以扩展频带，在要求的频率范围（DC-18GHz）内增益平坦性<1dB，然后分析输入输出反射系数，在输入端采用简单的L型匹配电路就能改善高频端的输入反射系数，最后再做稳定性分析。我在仿真过程中也是采用了这种方法，可是在做输入端匹配时S11高频端怎么都做不到很好的效果，可能是我对匹配原理理解的还不够透彻，也有可能是我对ADS还不是很熟悉，所以想请版上的高手们帮我分析分析。

tina_whj · 发表于 2006-9-5 21:26:00

找到问题根源了，事实上非稳定状态时有Re{Zin}<0和Re{Zout}<0，所以稳定有源器件的一个方法就是在其不稳定端口加一个串联或并联电阻，以抵消Re{Zin}的负值部分。针对我的电路仿真结果，表明高频部分输入阻抗的实部为负值，因此应该在输入端串联一个电阻，而不是像之前几篇帖子里说的提高电路稳定性的方法就是在源极串电感和输出端串电阻。
附我的电路仿真结果：

[upload=jpg]UploadFile/2006-9/0695@52RD_放大器.JPG[/upload]
从结果看增益平坦性较好，全频带绝对稳定，S11低频端很好，接下去的问题是如何改善高频端的S11和低频端的S22，欢迎大家给予意见和建议。[br]+3 RD币

tina_whj · 发表于 2006-9-6 10:49:00

为什么没有人参与这个问题的讨论呢？[em13][em06]

awp666 · 发表于 2006-9-6 11:27:00

最近太忙了[em10]

tina_whj · 发表于 2006-9-6 21:56:00

加入输入匹配网络并做了一些优化，输入VSWR得到了明显改善<2.0dB，且噪声系数<5.0dB，如下图所示

[upload=jpg]UploadFile/2006-9/0696@52RD_输入优化.JPG[/upload]

现在的问题是，如何做输出端的匹配？输出VSWR在整个频带范围内都是不理想的，所以得做全频带的匹配，输入端的L型匹配网络已经不适用，我企图用1/4波长传输线可是效果不理想，也许可以用Pi型，明天试试再说结果吧。
希望大家也可以参与讨论[br]+3 RD币

tina_whj · 发表于 2006-9-7 10:04:00

上次提到的两篇关于超宽带微波放大器设计的文章，象征性地收点钱，为以后购买资料做些储备。这两篇文章的基本理论差不多，都是采用负反馈来扩展频带，不过第一篇是经典，第二篇是在第一篇的基础上做了更进一步的分析：

【文件名】:0697@52RD_The matched feedback amplifier Ultrawide-band microwave amplification.pdf
【格　式】:pdf
【大　小】:1111K
【简　介】:
【目　录】:
[UseMoney=1]

tina_whj · 发表于 2006-9-7 21:00:00

又停滞不前了，我发现输出对输入影响好大，这个匹配实在不好做，希望大侠们给些建议
[em01][em01]

tina_whj · 发表于 2006-9-11 21:10:00

匹配又有了新进展，输出驻波系数有了很大改善，不过最小值也有1.6dB，最大是2.048dB，基本接近指标<＝2.0dB。做了n多次优化，这是最好的结果了，如下图所示：

[upload=jpg]UploadFile/2006-9/06911@52RD_输出优化.JPG[/upload]

增益平坦性稍微有所恶化，不过也在正负1dB之内，噪声系数也基本满足<=5dB。接下去还得做一些改善工作

tina_whj · 发表于 2006-9-11 22:06:00

有一个问题就是：我现在的匹配网络用的都是集总元件，请问必须换成微带吗，不用的话买哪个厂家的高频元器件呢？

还有就是我的电路中还没有加连接各元器件的微带线，这个微带线长度如何选择呢？

tina_whj · 发表于 2006-9-12 08:55:00

自己顶一个，希望大侠们能回答一下我的问题。

xplay · 发表于 2006-9-12 09:09:00

一般来说现在低噪管的S12都很小了，输入、输出有牵制应该是因为你用了反馈，另外从DC－18GHz频带太宽，好像用分布器件（例如微带）不行吧，会有很大的变动。

ayuyu · 发表于 2006-9-12 09:25:00

我的想法，在做端口宽带匹配时，匹配电路的Q值要适当降低，可以在smith chart上先画出等Q线，尽量让匹配电路的Q值在设定的Q值之内的。

宽带的匹配通常是通过多级匹配，变压器（低频电路用的较多）和小电阻等方法，LC匹配实际上是窄带匹配，实现的带宽有限。当然和LC电路的Q值也有关。四分之一波长的匹配带宽也不是很宽。

至于稳定性分析，由于实际电路中高频的衰减是比较大的，如果高频端的K略微小于1可以不用考虑，它是不会振荡的。

你的设计带宽是多少？[br]+3 RD币

xplay · 发表于 2006-9-12 09:47:00

楼上有道理，工程实际中K大于0。8就足够了，另外看楼主的设计，S11，S22应该都已经在所要求的频段内匹配的不错了。还有这个电路的Q值大概在0。25左右，用传统的多节匹配的话，难度太大，还是要用反馈的方法。

tina_whj · 发表于 2006-9-12 15:32:00

<DIV class=quote>以下是引用ayuyu在2006-9-12 9:25:00的发言：
我的想法，在做端口宽带匹配时，匹配电路的Q值要适当降低，可以在smith chart上先画出等Q线，尽量让匹配电路的Q值在设定的Q值之内的。

宽带的匹配通常是通过多级匹配，变压器（低频电路用的较多）和小电阻等方法，LC匹配实际上是窄带匹配，实现的带宽有限。当然和LC电路的Q值也有关。四分之一波长的匹配带宽也不是很宽。

至于稳定性分析，由于实际电路中高频的衰减是比较大的，如果高频端的K略微小于1可以不用考虑，它是不会振荡的。

你的设计带宽是多少？</DIV>

 对于ayuyu说的关于低Q值匹配法，我也了解，开始时我也是这么做的，不过事实上并不可行，因为Smith chart只能做单频点匹配（可能是我ADS使用还不够熟练，我只会用smith chart 做单频点匹配，如果大侠们知道如何做宽带匹配，请赐教），而且这个Q值也受匹配端口的阻抗影响，往往做出来的匹配不能满足全频带的要求。
我的做法是先看需要匹配端口（如输出Zout）的阻抗值，然后主观判断加什么器件会使Zout向Zl靠近，然后对该器件值优化，优化到最好后，再看Zout值，然后再加器件，这样一步一步的加元器件，最后就能得到最佳匹配电路。
 这是我自己摸索出来的，不知道有没有理论性。希望大家指正！
 还有关于匹配网络的类型，输入端我用的是L型匹配电路，输出是Pi型。都是采用集总元器件。我现在的疑问是：匹配电路元器件值应该是理想的，没有考虑引线电感，寄生电容等杂散参数，那我应该如何确定这些值呢？系统带宽为0.5～10GHz，那么各元器件的谐振频率是不是都应该高于10GHz呢？

ayuyu · 发表于 2006-9-12 16:42:00

该论坛的连接的跟贴里有个smith chart V2.0 和Crack，版本支持多个元件多个频点的宽带匹配网络仿真，是个很好的工具。连接如下：
http://www.52rd.com/bbs/Dispbbs.asp?boardID=26&ID=41567&page=7

ADS不是做什么都方便的。你用什么管子来仿真的，还是用管芯？

tina_whj · 发表于 2006-9-12 17:26:00

是ATF－551M4，PHEMT场效应管，弱弱问一个：管芯是什么样的？[em03]

tina_whj · 发表于 2006-9-12 17:50:00

请问ayuyu你有宽带匹配方面比较实用的资料吗，感觉版上资料主要都是单频点或窄带匹配的，去图书馆借了本“宽带匹配”方面的书，可是全是理论，感觉不实用。

各位大侠如果有这方面的经验的话，欢迎传授，在此先谢过了[em14]

xplay · 发表于 2006-9-13 09:56:00

ADS里面的smith圆图功能强大，就算远大于十个元件的匹配都可以在圆图上画出来，而且可以很方便的修改匹配用的微带线，请好好琢磨一下再说ADS好不好用吧，另外关于宽带匹配去书店买本白色封面的功放设计书，名字忘了，全国书店最近刚到的货。

tina_whj · 发表于 2006-9-13 21:55:00

<DIV class=quote>以下是引用xplay在2006-9-13 9:56:00的发言：
ADS里面的smith圆图功能强大，就算远大于十个元件的匹配都可以在圆图上画出来，而且可以很方便的修改匹配用的微带线，请好好琢磨一下再说ADS好不好用吧，另外关于宽带匹配去书店买本白色封面的功放设计书，名字忘了，全国书店最近刚到的货。</DIV>

tina_whj · 发表于 2006-9-14 09:45:00

昨晚回复的内容居然没了，ft

to：xplay
ADS我确实用的不熟，帮助文档里关于smith chart的部分讲的也不是很详细，我也没有找到更实用的用smith chart做宽带匹配的资料，不知道您有没有这方面的资料能共享一下。[em07]

昨天又仔细地看了一遍designguide utility_chapter 2，关于smith园图的资料，里边提到可以加载外部文件，其中分source,load和device。请问，如果我想让放大器输出阻抗在系统带宽范围内都与50欧姆负载匹配的话，我是应该选source吗？还有device是用于哪种情况的？

xplay您说的关于宽带匹配的功放设计书，具体叫什么名字，能不能帮我查一下啊，谢谢了！

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