武汉大学射频电路第八次作业
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请预览后下载！ 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：
close all; % close all opened graphs
clear all; % clear all variables
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]; % convert the S-parameters into matrix
notation
smith_chart; % create a Smith Chart
input_stability(s_param, 'r'); % plot input stability circle in red color
smith_chart; % create a Smith Chart
output_stability(s_param, 'b');% plot output stability circle in blue
color
[d,k,u]=K_factor(s_param);
输入输出稳定圆如下：
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|D|=|S11S22-S12S21|=0.5561；
2221122122110.60482SSDKSS
211*2211122110.7755SSSDSS
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：
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|D|=|S11S22-S12S21|=0.4535；
2221122122110.80932SSDKSS
211*2211122110.9622SSSDSS
可知在该1000MHz频率下晶体管不是绝对稳定的
请预览后下载！ 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：
close all; % close all opened graphs
clear all; % clear all variables
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：
2211.12521SincinSbP
2211.12521SASbP
*8.9549LATPPG
222S21L211SoutL117.959911TSGS
请预览后下载！ 22S212211Sout111.188411ASGS
2221L22in22L111.933411SGS
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maxTG=43.8，化为分贝表示为：
maxTG= 16.4147 dB,画出资用功率分别为15.9572 dB(90%)，15.4456 dB(80%)，13.4044 dB(50%)的等资用功率圆如图所示：
取0.5570.745sj ，则：122122110.838-j0.4851SoutSSSSS，得到
ГL=Гout*=0.838+j0.485。
根据s和L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
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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: returns k factor for a given s-parameter matrix
% if k>1 and delta<1 then circuit is uncoditionally stable
% otherwise circuit might be unstable
s11=s_param(1,1);
s12=s_param(1,2);
s21=s_param(2,1);
s22=s_param(2,2);
D=det(s_param);
请预览后下载！ delta=abs(D);
k=(1-abs(s11)^2-abs(s22)^2+delta^2)/(2*abs(s12.*s21));
end
function [] = ZiYongGain(s_param,G_goal)
%UNTITLED11 Summary of this function goes here
% Detailed explanation goes here
hold on;
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);
% find constant operating power gain circles
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; % normalized the operating power gain
% find the center of the constant operating power gain circle
dga=ga*conj(s11-delta*conj(s22))/(1+ga*(abs(s11)^2-abs(delta)^2));
% find the radius of the circle
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));
% plot a circle in the Smith Chart
a=(0:360)/180*pi;
hold on;
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=%g
dB',G_goal_dB)));
end
close all;
clear all;
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) % check stability
G_Tmax=abs(s21)*(K-sqrt(K^2-1))/abs(s12)
G_Tmax_dB=10*log10(G_Tmax)
