微波双极晶体管通常都是平面结构，和低频晶体管相比，其封装形式和内部结构区别很大。图5-1给出了微波双极晶体管的典型封装形式。其中同轴封装形式适用于同轴电路，多用于功率放大器和振荡器。平面封装形式多用于微带平面电路。平面封装的微波双极晶体管有四个极，一个基极(B)，一个集电极(C)，两个发射极(E)，实际封装外观如图5-2所示，标有点的位置1是基极(B)，与之相对的3是集电极(C)，另两个宽度较宽的2、4为发射极(E)。微波双极晶体管电路符号如图5-3所示。;
为了工作于微波频段，微波双极晶体管内部结构多采用交指型管芯结构，如图5-4所示。这种结构可以有效减小结电容，提升工作频率。低噪声管交指数目通常只有3～5-条，而功率管交指数目可达10～20条。;
微波双极晶体管的噪声主要有热噪声和散弹噪声两类。热噪声主要是由管子内部电阻的热损耗引起。散弹噪声主要由电流分配的随机性决定，在低频区表现为闪烁噪声，在高频区表现为分流噪声。微波双极晶体管的噪声特性如图5-5-所示，图中纵坐标为噪声系数F，横坐标为频率f，fc1和fc2分别为闪烁噪声区和分流噪声区的上下边界。由图5-5-可见，在中间频率的热噪声区噪声系数最小。;
微波场效应晶体管(FET)是通过电场来控制半导体中电子流动而实现放大和通断功能的，它属于电子半导体器件。微波频段的场效应晶体管主要有PN结场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOsFET)、金属半导体场效应晶体管(MEsFET)和高电子迁移率场效应晶体管(HEMTFET)。其中高电子迁移率场效应晶体管性能最好，大范围的应用于雷达、通信、遥感、宇航通信、医学等领域中。用来制造微波场效应晶体管的半导体材料主要有硅(si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等，其中砷化镓性能最好。;
微波场效应晶体管的结构如图5-6所示。微波场效应晶体管和微波双极晶体管一样也有四个极，一个漏极(D)相当于微波双极晶体管的集电极(C)，一个栅极(G)相当于微波双极晶体管的基极(B)??两个源极(s)相当于微波双极晶体管的发射极(E)。已封装的微波场效应晶体管外观如图5-7所示，有切角的为栅极(G)，与之相对的是漏极(D)，另两个较宽的为源极(s)。微波场效应晶体管的电路符号如图5-8所示。;
微波场效应晶体管的工作原理如图5-9所示。当源极(s)和漏极(D)之间没有另外加电压即sDs=0且栅极(G)上也没有另外加电压时，整个器件处于平衡状态，所形成的沟道均匀，如图5-9(a)所示。;
当sDs0且值较小时，有电流ＩD流过沟道，可以将沟道视为一个电阻，电流ＩD和电压sDs成线(b)所示。
当sDs逐渐增大，电流ＩD也会增大，这时沟道中压降随之增大，使沟道两端电压不同，以致靠近漏端沟道变窄，如图5-9(c)所示。
当sDs增大至某一值时，靠近漏端的沟道夹断，这时对应的电压叫做夹断电压，同时流到漏端的电流变为0，如图5-9(d)所示。
若sDs进一步增大，就会使沟道内夹断长度ΔL增大，使沟道夹断更彻底，如图5-9(e)所示。
当栅极电压不为0时，也有类似的情况。栅极电压的改变可以整体改变沟道的宽度。控制栅极电压可以有效减小或增大沟道宽度，进而达到放大电流ＩD(信号)的目的。;
微波放大器接入电路如图5-11所示，图中Zs为信号源内阻，ss为信号电压，sn为噪声电压。
噪声系数为放大器的输入信号信噪比与输出信号信噪比的比值，用字母F表示，其定义为
由式(5-1)可看出，噪声系数是指信号通过放大器后，由于放大器产生噪声，使信噪比变差，因此导致信噪比下降的倍数。;
当放大器的噪声系数很小时，为了表示方便，采用等效噪声温度Te来表示噪声系数，它与噪声系数的关系如下：
功率增益表示在接入放大器后和接入放大器前负载上测得的功率比。设信号源内阻和负载阻抗都是50Ω标准阻抗，采用插入法实测增益。设信号源输出功率为P1，将放大器接到信号源上，用功率计测放大器的输出功率为P2，则功率增益G定义为;
相关增益是指设计低噪声放大器时，其噪声最佳匹配情况下的增益通常比最大增益小2～4dB。
增益平坦度是指低噪声放大器在工作频带Δf内功率增益的起伏，常用工作频带Δf内的最大增益与最小增益之差ΔG(dB)表示，例如Δf内，ΔG(dB)≤2dB。
对于多路通信而言，每个信道频率只占数十兆赫兹。常用增益斜率来表示放大器增益，单位为dB/MHz，例如ΔG=(0.05～0.1)dB／10MHz。
放大器的增益和噪声系数会随频率的变化而变化，某微波场效应管放大器增益及噪声系数的频响曲线dB的规律随频率升高而下降，噪声系数随频率上升而增大。;
工作频带是指低噪声放大器功率增益满足平坦度要求的频带范围，而且频带内噪声系数也要满足规定的要求。;
动态范围是指低噪声放大器输入信号允许的最小功率和最大功率之间的范围。动态范围下限Pmin受低噪声放大器的噪声性能限制，计算式如下：
式中：Nin为放大器输入端的噪声功率；ｋ为玻尔兹曼常数，其值为1.3806505×10－23J/K，T0
为环境温度，其值取293K；Δfm为信号频带宽度；M为系统允许的最小信噪比。动态范围上限受低噪声放大器的非线性限制，如低噪声放大器输出功率呈现1dB压缩点时的输入功率，基本上取决于放大器末级的功率容量。;
5.1dB压缩点线所示，当低噪声放大器增益下降到比线dB时，所对应的输出功率定义为1dB压缩点输出功率Pout，1dB，这时所对应的输入功率称为1dB压缩点输入功率Pin，1dB。;
端口驻波比通常是指低噪声放大器输入端口的驻波比。为了能够更好的保证放大器的噪声最低，输入端往往采用最佳噪声匹配，因此驻波不好。另外，由于低噪声放大器频率低端增益高，
频率高端增益低，为了获得工作频带内相对平坦的增益，端口驻波比常常随频率降低而升高，一般为1.5～3。为了改善端口驻波比，通常加隔离器使驻波比达到1.2左右。但加隔离器使低噪声放大器的噪声系数略有增大。;
放大器由有源器件构成，具有较强的非线性，会产生很多新的频率分量信号。若这些新的频率分量信号落入信号的频带内，就会对原信号形成干扰。对于窄带信号而言，当相邻信道的两个不同信号同时进入放大器后，就会产生如mf1±nf2的众多新的频率信号，称为交调信号，其中m+n称为交调信号的阶数。随着交调信号阶数的升高，交调信号会迅速减小。其中三阶交调信号由于和原信号频率相近，因此会落入信号频带内形成较强干扰。三阶交调信号是干扰最强的交调信号。;
如图5-14所示，设P3为三阶交调分量2f1－f2和2f2－f1的功率，P1是频率为f1的信号功率，同时设频率为f1的信号功率大于频率为f2的信号功率，则三阶交调系数定义为;
低噪声固态放大器采用微波晶体管作为主要部件，其电路结构如图5-15所示，共有四个基本组成部分，包括微波晶体管(放大管)、输入匹配网络(电路)、输出匹配网络(电路)、直流偏置电路。输入匹配网络和输出匹配网络的设计要使放大器的噪声系数和增益满足规定的要求。直流偏置电路提供晶体管合适的工作点及供给直流能量，最终转换成微波功率输出。;
一般晶体管放大器采用共发射极电路，场效应管FET采用共源极电路。晶体管共发射极放大器原理电路如图5-16所示。;
图5-16中，直流偏置电路给微波放大管提供直流偏置，使微波放大管工作在合适的工作点，即合适的基极电压、集电极电压和发射极电流，对于场效应管而言是合适的栅极电压、漏极电压和源极电流。选取微波放大管的工作点的目的：一是要获得较高的放大倍数；二是要使信号放大时，放大器本身产生的噪声小。放大器的偏置电路与射频电路之间的正确连接很重要，应尽量减小相互间的影响，同时尽量保证由信号源端向负载端传输的射频/微波信号不泄漏，即直流通路与射频/微波信号的通路应完全隔离，以消除交流信号与直流源及地之间的耦合。;
(1)在直流源与射频/微波电路之间连接一个电感，即通常所说的射频扼流圈(RFC)。使用“铁氧体”小环便可实现一个简单的射频扼流圈。
(2)在直流源与射频/微波电路之间连接一个四分之一波长的阻抗变换器。其变换段的特性阻抗Z′0应很高(即Z′0?Z0)，使其对射频/微波信号产生一个很高的阻抗。
(3)将一个大电容(作为负载)接于四分之一波长变换器的终端，以有效地短路可能泄漏到直流电路中的射频/微波信号。接于四分之一波长变换器终端的大电容作为负载在微波频率下呈现短路，在其输入端相当于开路，从而隔断了直流与射频/微波电路之间的通路。;
图5-15中，输入匹配网络、输出匹配网络均采用单支节匹配器。图5-16(a)中，采用非平衡并联开路支节结构，为获得更好的输入电压驻波比，能够正常的使用如图5-16(b)所示平衡或对称并联开路支节结构，这种结构可减小串、并联传输线之间的相互影响。为实现直流通路和射频通路的隔离，图5-16中采用了扼流圈和旁路电容(C2)的方式。图5-16中，为了将直流偏置信号仅限定在该放大器内部，在放大器的输入、输出端均接有隔直电容(C1、C3)。;
功率放大器一般工作于饱和状态，输出的是上限功率。功率放大器所能输出的最大饱和功率称为功率放大器的输出功率。
功率放大器输出的功率包含两个方面：一是信号的输入功率；二是从直流电源输入转化而来的射频/微波功率，这是主要部分。在从直流电源输入转化成射频/微波功率的过程中，还有一部分功率转化为热能消耗掉了。消耗功率的电路包括微波放大管、匹配电路、直流偏置电路等。;
式中，Pout代表功率放大器的输出功率，P1代表功率放大器的输入功率，PDC代表功率放大器的直流偏置提供的功率。;
谐波失真又称交调失真，对于小信号低噪声放大器注重的是三阶交调失真的影响，对于功率放大器就要关注各次谐波信号和各阶交调信号的影响。
假设两频率相近信号输入功率放大器中，其频率分别为f1和f2，则功率放大器输出的信号中必然包括如下频率分量：;
这些谐波信号和交调信号的频率分量称为谐波失真或交调失真，相应各阶谐波或交调失真的系数Mn定义为各谐波信号或交调信号频率分量和最强基波信号分量的功率之比，即
式中，Pn为n阶谐波或交调信号频率分量的功率，P1为最强基波分量的功率。;
可见各阶谐波和交调信号频率分量的功率越大，一方面，功率放大器输出的功率中，有用的基波频率分量的功率占比就会越小，造成功率放大器的功率增益下降；另一方面，会造成放大信号的严重失真。
选用功率管来设计制作功率放大器时，应基于管子动态输入和输出阻抗设计相应的输入匹配电路和输出匹配电路。;
在众多射频/微波系统中，微波晶体管功率放大器已逐步取代中等功率的行波管等电真空放大器，但若需要更大的功率则要采用功率合成技术。所谓功率合成技术就是将多个单管输出的功率，经过一定的电路处理后叠加起来，最后得到比单管输出功率大得多的功率，从而满足射频/微波系统的功率要求。通常利用功率混合电路将多路放大器并联来完成功率合成。;
图5-17为利用多路功率分配器(电路)和功率合成器(电路)进行功率合成的示意图。;
图5-18为利用微波谐振腔进行功率合成的示意图。将多路微波功率同时注入(辐射)微波谐振腔中，功率合成后输出或直接辐射到自由空间中。;
将单管或单路的射频/微波信号利用天线单元直接辐射到空中，在特定的方向上进行合成，称为空间功率合成，如图5-19所示。;
由图5-20可知，功率合成中并联通路数目的增多，仅仅增大输出功率，而其功率增益并不增大。功率合成器的总功率增益始终等于其中任何一条通路的功率增益。因此，为了更好的提高功率合成的有效性与可靠性，在功率管的功率容量许可的条件下，尽量采用单路功率增益高及并联通路少的方案。;
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