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2 低噪声放大器的原理与基本指标

2。1 低噪声放大器原理

2。1。1 S 参数

在射频段内，S 参数是在各端口匹配时，用入射电压值和反射电压值二者之间的关系确 定的，射频电路可以利用 S 参数避开不现实的终端条件，使参数更加易于测量。S 参数能够 表示射频器件的特征，在大多数射频系统的技术资料和设计手册中，网络参量都是由 S 参数 表示的。射频段内网络端口与外界连接的是各种类型的传输线，端口上的场量由入射波和反 射波叠加而成，S 参数采用入射行波和反射行波的归一化电压表征各网络端口的相互关系。

图 2。1 二端口网络 S 参数

在图 2。1 中 a1、b1 分别为端口 1 的归一化入射电压和归一化反射电压；a2、b2 分别为端口 2 的归一化入射电压和归一化反射电压。 二端口网络中归一化入射电压和归一化反射电压的关系用方程表示为：

S11、S12、S21、S22 为散射参量，定义如下:

b1

S11  a20

a1

S b1 a0

a2

S b2a0

a1

S b2a0

a2

表示端口 2 接匹配负载时，端口 1 的电压发射系数；

表示端口 1 接匹配负载时，端口 2 到端口 1 的反向电压传输系数； 表示端口 2 接匹配负载时，端口 1 到端口 2 的正向电压传输系数； 表示端口 1 接匹配负载时，端口 2 的电压发射系数。

S 参数用于射频段有许多好处：

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（1）使用 S 参数来表示网络的反射系数和传输特性给设计者带来了很大的便利，S 参数在射 频电路仿真中得到普遍应用。

（2）S 参数中没有用开路或短路的描述方式，在射频电路中如果出现短路或者开路的情况， 将会导致强烈的反射，会引起震荡，甚至可能会使晶体管元件损坏。

（3）S 参数要求各端口都使用负载匹配，匹配负载可以吸收全部的入射功率，从而消除了过 强的能量反射，降低了对源和设备损伤的可能性。

2。1。2 匹配网络

在低噪声放大器的设计仿真过程中，输入输出阻抗匹配对电路影响很大。输入输出匹配 网络的目的主要有 2 个，一个是传输线与负载的匹配，另一个是信号源与负载的共轭匹配。 传输线与负载的匹配，是使传输线上没有反射、传输线上传输的是行波或者传输的波接近行 波。信源与负载的共轭匹配，是使传输线的输入阻抗与信源的内阻互为共轭复数，此时信源 的功率输出为最大。

匹配网络的实质是阻抗变换，在电路中 2 个不同阻抗之间引入，将给定的阻抗值变化为 更合适的阻抗值，来达到传输线与负载之间的匹配，或者信号源与负载之间的共轭匹配。

匹配网络与系统的传输效率、功率容量和工作稳定性有很大的关系，能够实现从信源到 负载的最大功率传输；减小线路反射，可以降低噪声的干扰，提高信噪比；当传输相同功率 时，线上电压驻波系数最小，功率承受能力最大。

选择匹配网络时要遵循，匹配电路简单，易于实现，价格便宜，可靠性高，损耗小的原 则，并且要考虑频带宽度，可实现性，可调整行等问题。