武汉大学射频电路第八次作业.docx
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武汉大学射频电路第八次作业
武汉大学射频电路第八次作业
电子与通信工程王世杰2014282120188第八次作业
1、一晶体管的S参量如下：
f=750MHz：
s11=0.114-j*0.551，s12=0.044+j*0.029，s21=-4.608+j*7.312，s22=0.490-j*0.449;
f=1000M：
s11=-0.058-j*0.452，s12=0.054+j*0.022，s21=-2.642+j*6.641，s22=0.379-j*0.424;
画出晶体管在两个频率下的输出及输入稳定圆并计算各自μ，K,D值。
解：
当f=750MHz，编程画出输出及输入稳定圆，并计算μ，K,D的值。
程序如下：
closeall;%closeallopenedgraphs
clearall;%clearallvariables
s11=0.114-1j*0.551;
s12=0.044+1j*0.029;
s21=-4.608+1j*7.312;
s22=0.490-1j*0.449;
s_param=[s11,s12;s21,s22];%converttheS-parametersintomatrixnotation
smith_chart;%createaSmithChart
input_stability（s_param,'r'）;%plotinputstabilitycircleinredcolor
smith_chart;%createaSmithChart
output_stability（s_param,'b'）;%plotoutputstabilitycircleinbluecolor
[d,k,u]=K_factor（s_param）;
输入输出稳定圆如下：
|D|=|S11S22-S12S21|=0.5561；
可知在该频率下晶体管不是绝对稳定的
当f=1000MHz时，输入输出稳定圆如下图：
|D|=|S11S22-S12S21|=0.4535；
可知在该1000MHz频率下晶体管不是绝对稳定的
2、已知晶体管的S参量在传输线特性阻抗为50Ω测得为S11＝0.57∠170，S12＝0.066∠69，S21＝2.97∠71，S22＝0.46∠-26。
其输入端与VS＝3∠0，ZS＝50Ω的电压源连接，输出端口接Zin＝40Ω的天线。
求放大器的入射功率Pinc，电源的资用功率PA，负载的吸收功率PL，转换功率增益GT，资用功率增益GA及功率增益G。
解：
编程计算放大器的入射功率，电源的资用功率，负载的吸收功率，转换功率增益，资用功率增益及功率增益：
closeall;%closeallopenedgraphs
clearall;%clearallvariables
Z0=50;
s11=0.57*exp（j*（170）/180*pi）;
s12=0.066*exp（j*（69）/180*pi）;
s21=2.97*exp（j*（71）/180*pi）;
s22=0.46*exp（j*（-26）/180*pi）;
Vs=3;
Zs=50;
Zl=40;
GamaS=（Zs-Z0）/（Zs+Z0）;
GamaL=（Zl-Z0）/（Zl+Z0）;
D=s11*s22-s12*s21;
GamaIn=s11-GamaL*D/（1-s22*GamaL）;
GamaOut=s22-GamaS*D/（1-s11*GamaS）;
Pinc=1/2*（Z0/（Zs+Z0）*abs（Vs））^2/abs（1-GamaIn*GamaS）^2
Pa=1/2*（Z0/（Zs+Z0）*abs（Vs））^2/（1-abs（GamaS*GamaS）^2）
Gt=（1-abs（GamaL）^2）*abs（s21）^2*（1-abs（GamaS）^2）/（abs（1-GamaL*GamaOut）^2*abs（1-s11*GamaS）^2）
Ga=abs（s21）^2*（1-abs（GamaS）^2）/（（1-abs（GamaOut）^2）*abs（1-s11*GamaS）^2）
G=（1-abs（GamaL）^2）*abs（s21）^2/（（1-abs（GamaIn）^2）*abs（1-s22*GamaL）^2）
Pl=Pa*Gt
计算结果如下：
3.已知晶体管在2.0+0.xxxGHz处的S参量为S11＝0.65∠－25,S12＝0.11∠9,S21＝5.0∠110,S22＝0.65∠-36。
用输入不匹配输出匹配方案设计放大器，在圆图上分别画出增益为最大可能增益的90％，80%，50％的等资用功率增益圆。
若源阻抗及负载阻抗均为50欧，对于增益是50％的情况设计具体的匹配网络。
解：
计算K和D值为：
K=1.0007，D=0.9725,由此可以看出该晶体管绝对稳定。
计算可得该放大器的最大增益=43.8，化为分贝表示为：
=16.4147dB,画出资用功率分别为15.9572dB（90%），15.4456dB（80%），13.4044dB（50%）的等资用功率圆如图所示：
取，则：
，得到ГL=Гout*=0.838+j0.485。
根据和设计匹配电路,频率为2.137GHz：
输入端：
并联2.3nH的电感，然后串联8.0H的电感
输出端：
并联586.4pF的电容，然后串联29.3nH的电感
function[k,delta]=K_factor（s_param）
%Usage:
[k,delta]=K_factor（s_param）
%
%Purpose:
returnskfactorforagivens-parametermatrix
%ifk>1anddelta<1thencircuitisuncoditionallystable
%otherwisecircuitmightbeunstable
s11=s_param（1,1）;
s12=s_param（1,2）;
s21=s_param（2,1）;
s22=s_param（2,2）;
D=det（s_param）;
delta=abs（D）;
k=（1-abs（s11）^2-abs（s22）^2+delta^2）/（2*abs（s12.*s21））;
end
function[]=ZiYongGain（s_param,G_goal）
%UNTITLED11Summaryofthisfunctiongoeshere
%Detailedexplanationgoeshere
holdon;
s11=s_param（1,1）;
s12=s_param（1,2）;
s21=s_param（2,1）;
s22=s_param（2,2）;
G_goal_dB=10*log10（G_goal）;
%findconstantoperatingpowergaincircles
delta=det（s_param）;
K=（1-abs（s11）^2-abs（s22）^2+abs（delta）^2）./（2*abs（s12.*s21））;
ga=G_goal/abs（s21）^2;%normalizedtheoperatingpowergain
%findthecenteroftheconstantoperatingpowergaincircle
dga=ga*conj（s11-delta*conj（s22））/（1+ga*（abs（s11）^2-abs（delta）^2））;
%findtheradiusofthecircle
rga1=sqrt（1-2*K*ga*abs（s12*s21）+ga^2*abs（s12*s21）^2）;
rga=rga1/abs（1+ga*（abs（s11）^2-abs（delta）^2））;
%plotacircleintheSmithChart
a=（0:
360）/180*pi;
holdon;
plot（real（dga）+rga*cos（a）,imag（dga）+rga*sin（a）,'r','linewidth',2）;
text（real（dga）-0.1,imag（dga）+rga+0.05,strcat（'\bf',sprintf（'G=%gdB',G_goal_dB）））;
end
closeall;
clearall;
smith_chart;
s11=0.65*exp（1j*（-25）*pi/180）;
s12=0.11*exp（1j*9*pi/180）;
s21=5*exp（1j*110*pi/180）;
s22=0.65*exp（1j*（-36）*pi/180）;
s_param=[s11,s12;s21,s22];
[K,delta]=K_factor（s_param）%checkstability
G_Tmax=abs（s21）*（K-sqrt（K^2-1））/abs（s12）
G_Tmax_dB=10*log10（G_Tmax）
G1=G_Tmax*0.9
G1_dB=10*log10（G1）
G2=G_Tmax*0.8
G2_dB=10*log10（G2）
G3=G_Tmax*0.5
G3_dB=10*log10（G3）
ZiYongGain（s_param,G1）;
ZiYongGain（s_param,G2）;
ZiYongGain（s_param,G3）
Gamma_s=0.93*exp（j*（-126.7943）*pi/180）;
plot（real（Gamma_s）,imag（Gamma_s）,'bo'）;
text（real（Gamma_s）-0.05,imag（Gamma_s）-0.07,'\bf\Gamma_S'）;
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