(完整版)基于ADS的LNA仿真與分析

1、重慶郵電學(xué)院研究生堂下考試答卷重慶郵電學(xué)院研究生堂下考試答卷2012-2013學(xué)年第學(xué)年第2學(xué)期學(xué)期考試科目考試科目微波電路微波電路姓名姓名XXX年級(jí)年級(jí)2012級(jí)級(jí)專業(yè)專業(yè)XXXXXX2013年年7月月4日日基于基于 ADSADS 的的 LNALNA 仿真與分析仿真與分析一、前言一、前言低噪聲放大器(LNA)在衛(wèi)星通訊系統(tǒng)， 雷達(dá)系統(tǒng)以及無線通訊系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是要在輸入端噪聲系數(shù)不超過給定值的條件下獲得盡可能高的增益，由于最大功率增益和最小噪聲系數(shù)是不能同時(shí)兼得的，因此在大多數(shù)情況下，不得不舍棄一項(xiàng)而保全另一項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。目前在微波通信、GPS接收機(jī)、遙感遙控、雷

2、達(dá)、電子對(duì)抗、射電天文、大地測繪、電視及各種高精度的微波測量系統(tǒng)中，低噪聲放大器已經(jīng)是必不可少的組成部分。處于通信系統(tǒng)接收電路的前端，低噪聲放大器具有放大信號(hào)和降低噪聲干擾的雙重作用，能夠在很大程度上提高通信系統(tǒng)的靈敏度。低噪聲放大器可以很好的抑制電路后級(jí)噪聲。對(duì)于一個(gè)接收系統(tǒng)來說，一級(jí)噪聲系數(shù)是對(duì)整個(gè)抑制噪聲系統(tǒng)影響最大的，整個(gè)電路后級(jí)的噪聲系數(shù)主要由它決定。因此，低噪聲放大器的線性度可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的線性度以及共模噪聲抑制比產(chǎn)生很重要的影響。由此可以看出低噪聲放大器的性能對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)的噪聲性能都有很大的影響，對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)噪聲系數(shù)的降低以及穩(wěn)定性的提高也起著決定性的作用。對(duì)于低噪聲放大器的

3、基本性能要求是：噪聲系數(shù)低、足夠的功率增益、工作穩(wěn)定性好、足夠的帶寬和較大的動(dòng)態(tài)范圍。如果電路中的低噪聲放大器噪聲系數(shù)降低，那么整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)也會(huì)變小，使信噪比得到改善，靈敏度得到提高。本文所設(shè)計(jì)的是一級(jí)放置在接收機(jī)最前端的低噪聲放大器，由于它的噪聲系數(shù)較小，而接收系統(tǒng)經(jīng)過合理的增益分布后，噪聲系數(shù)主要由低噪聲放大器決定。二、二、低噪聲放大器的設(shè)計(jì)原理低噪聲放大器的設(shè)計(jì)原理2.1低噪放基本構(gòu)造低噪聲放大器英文名稱為 Low-NoiseAmplifier，簡稱為 LNA，是一種位于放大鏈路輸入端，針對(duì)給定的增益要求，引入盡可能小的內(nèi)部噪聲，并在輸出端獲得最大可能的信噪比而設(shè)計(jì)的放大器。

4、一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應(yīng)晶體管；微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器，常溫參放的噪聲溫度 Te 可低于幾十度(絕對(duì)溫度)，致冷參量放大器可達(dá) 20K 以下，砷化鎵場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于 2 分貝。放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點(diǎn)有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，

5、常采用共發(fā)射極一共基極級(jí)聯(lián)的低噪聲放大電路。低噪聲放大器電路原理圖如圖 1 所示：圖 1 低噪聲放大器電路原理圖2.2低噪放設(shè)計(jì)原理LNA 是射頻接收機(jī)前端的主要部分，它主要有四個(gè)特點(diǎn)：第一，它位于接收機(jī)的最前端，這就要求它的噪聲系數(shù)越小越好。為了抑制后面各級(jí)噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，還要求有一定的增益，但為了不使后面的混頻器過載，產(chǎn)生非線性失真，它的增益又不宜過大。放大器在工作頻段內(nèi)應(yīng)該是穩(wěn)定的；第二，它所接受的信號(hào)是很微弱的，所以低噪聲放大器必定是一個(gè)小信號(hào)放大器。而且由于受傳輸路徑的影響，信號(hào)的強(qiáng)弱又是變化的，在接受信號(hào)的同時(shí)又可能伴隨許多強(qiáng)干擾信號(hào)輸入，因此要求放大器有足夠的線型范圍，而且增益

6、最好是可調(diào)節(jié)的；第三，低噪聲放大器一般通過傳輸線直接和天線或者天線濾波器相連，放大器的輸入端必須和他們很好的匹配，以達(dá)到功率最大傳輸或者最小的噪聲系數(shù)，并保證濾波器的性能；第四，應(yīng)具有一定的選頻功能，抑制帶外和鏡像頻率干擾，因此它一般是頻帶放大器。噪聲系數(shù)和增益對(duì)整機(jī)性能影響較大，要實(shí)現(xiàn)理想功率傳輸，必須使負(fù)載阻抗與源阻抗相匹配，這就需要插入匹配網(wǎng)絡(luò)。放大管存在最佳源阻抗 Zsopt,因此LNA 的輸入端應(yīng)按 Zsopt 進(jìn)行匹配，此時(shí)放大器的噪聲系數(shù)為最小。而為了獲得較高的功率增益和較好的輸出駐波比，輸出端則采用輸出共軛匹配。如果增益不夠，則需要采用多級(jí)放大電路。原則上前級(jí)放大器相對(duì)注重噪聲

7、系數(shù)性能，后級(jí)放大器則相對(duì)注重增益性能。也就是說，輸出端口和級(jí)間針對(duì)增益最大和平坦度進(jìn)行匹配電路設(shè)計(jì)。常規(guī)單級(jí)放大器的原理圖如圖 2 所示：SL2222111-S12-S1222+D22S122211(2.2)D=SS-SS11221221，SS1-S1221式中：2.3低噪放設(shè)計(jì)步驟低噪聲放大器的一般設(shè)計(jì)步驟如圖 3 所示SS1-S1221:圖 2 常規(guī)單級(jí)放大器原理圖圖中：P表示放大器入射功率，P表示負(fù)載吸收的功率incLr表示輸入反射系數(shù)，r表示源反射系數(shù)insr表示負(fù)載反射系數(shù)，r表示輸出反射系數(shù)Lout噪聲系數(shù)可由式 3 計(jì)算，在多級(jí)網(wǎng)絡(luò)級(jí)連時(shí)，降低第一級(jí)的噪聲系數(shù)并提高其功率增益，

8、對(duì)總噪聲系數(shù)的減小至關(guān)重要。F-1F-1F-1F=F+2+3+.+K+out1GGGGG.GA1A1A2A1A2A(K-1)因?yàn)楦哳l段 FET 都存在著內(nèi)部反饋，當(dāng)反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)引起放大器穩(wěn)定性變壞而導(dǎo)致自激示：射頻源Pine:輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)負(fù)載inin(2.1)因此，必須保證放大器的絕對(duì)穩(wěn)定，判定條件如式 4 所0圖 3 低噪聲放大器的一般設(shè)計(jì)步驟三、低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)三、低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)低噪聲放大器的主要指標(biāo)包括：工作頻率和帶寬、噪聲系數(shù)(NF)、增益以及增益平坦度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)范圍、輸入輸出駐波比和反射系數(shù)等，其中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響最大的指標(biāo)是噪聲系數(shù)

9、和放大增益。3.1 工作頻率和帶寬放大器的工作頻率及帶寬是指其在放大器頻域上的能夠達(dá)到期望工作特性的頻率響應(yīng)范圍，這個(gè)指標(biāo)也被稱為放大器的通頻帶。其中通頻帶和中心頻率的比值被稱為相對(duì)帶寬。通常人們用相對(duì)帶寬的概念來描述放大器的帶寬大小，相對(duì)帶寬：BW=f-f(3.1)窄帶寬帶放大器的定義取決于相對(duì)帶寬，相對(duì)帶寬小于 10%的稱為窄帶放大器，大于 30%稱為寬帶放大器。帶寬與增益和噪聲系數(shù)存在矛盾，當(dāng)帶寬過寬時(shí)就很難獲得較低的噪聲系數(shù)。 因此低噪聲放大器的相對(duì)帶寬一般都選為 20%左右。 3.2噪聲系數(shù)放大器中的噪聲包括高頻噪聲和低頻噪聲，在 LNA 的設(shè)計(jì)中只需考慮高頻噪聲的影響。高頻噪聲可分

10、為熱噪聲(也稱 Johnsonnoise)和散射噪聲，這兩種噪聲的產(chǎn)生機(jī)理不同，其中對(duì) LNA 影響最大的是散射噪聲，散射噪聲會(huì)隨著頻率的上升而逐漸增大，因此，LNA 在高頻的噪聲系數(shù) NF 欠佳，主要就是由散射噪聲引起的。放大器有單級(jí)和多級(jí)之分，不同放大器的噪聲系數(shù)也不相同。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮的因素也不相同。具體如下：噪聲系數(shù)通常用分貝表示：NF(dB)=101gNF(3.2)(1)對(duì)于單級(jí)放大器而言， 其噪聲系數(shù)為：4r|r-rF=F+nminsopt(3.3)(1-|rF)1+rs(式中，F(xiàn)為晶體管最小噪聲系數(shù)，由放大器本身決定，r是晶體管等效噪聲電minn阻，r是晶體管輸入端的源反

11、射系數(shù)，r是獲得最佳F時(shí)的最佳源反射系數(shù)。soptmin由式(3.3)可知，放大器的噪聲系數(shù)F主要由r決定，也就是輸入端的匹配電路,s且當(dāng)r=r時(shí)，可以得到理論上最低的噪聲系數(shù)F=F。另外，r值應(yīng)該盡量小,soptminn以減小加工制程、原件誤差對(duì)放大器的影響，但通常情況下r和F是相互牽制nmin的，同樣噪聲系數(shù)和增益或輸入端的駐波系數(shù)也是相互制約的，因此 LNA 的設(shè)計(jì)需要對(duì)這些參數(shù)指標(biāo)做綜合考慮與權(quán)衡。(2)對(duì)多級(jí)放大器而言，其噪聲系數(shù)的計(jì)算公式為：(F-1)(F-1)F=F+3+AiGGG112式(3.4)中，F(xiàn)為第 n 級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，G為第 n 級(jí)放大器的增益。由式nn(3.4)

12、可知，第一級(jí)放大器的噪聲和增益在整個(gè)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中處于很重要地位。在某些噪聲系數(shù)要求極高的系統(tǒng)中，由于噪聲系數(shù)很小，用噪聲系數(shù)表示不方便，通常采用噪聲溫度表示，則噪聲溫度T與噪聲系數(shù) NF 的換算關(guān)系：eT=T(NF-1)e0式中，T為環(huán)境溫度，通常情況下，T為 290K。003.3 增益以及增益平坦度增益是表征放大器對(duì)有用信號(hào)放大能力的一個(gè)參數(shù)。增益為放大器的重要指標(biāo)之一，放大器功率增益的定義有很多，有源端共軛匹配狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換功率增益G、源端和負(fù)載端均匹配的狀態(tài)下的資用功率增益G以及電路實(shí)際功率增益TAG等。Popt(3.4)(3.5)GPG=L-TPAVS(3.6)PG=亠(3.7)pPINP

13、G=AVN(3.8)AAVS其中P為晶體管或匹配網(wǎng)絡(luò)輸入功率，P為負(fù)載所獲得的功率或匹配網(wǎng)絡(luò)INL的輸出功率，P為源端匹配狀態(tài)下的源端資用功率，P為匹配狀態(tài)下的負(fù)載AVSAVN所獲得的資用功率。理想的放大器，在其工作的帶寬內(nèi)，對(duì)信號(hào)的增益應(yīng)該為一恒定的常量。實(shí)際的放大器由于一些頻率的失配，放大器在帶內(nèi)的增益會(huì)顯現(xiàn)出上下起伏的增益。低噪聲放大器能夠正常工作必須滿足的首要條件之一是其在工作頻段內(nèi)的穩(wěn)定性，否則會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。穩(wěn)定性取決于晶體管的 S 參數(shù)和輸入輸出網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)。當(dāng)晶體管確定工作頻率和偏置，也就是晶體管的 S 參數(shù)成為定值后，只要滿足式(3.10)-式(3.11)，則晶體管絕對(duì)穩(wěn)定

14、。|A|=SS-SS0I11I22II式中，K 為 Rollett 穩(wěn)定因數(shù)。運(yùn)用 ADS 仿真時(shí)，通常用 StabFactl 來判定放大器的穩(wěn)定性。如果不滿足絕對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，通過增加穩(wěn)定電路設(shè)計(jì)使晶體管工作在穩(wěn)定狀態(tài)。常用的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法有：(1)在輸入輸出端串并聯(lián)電阻。由于在輸入端增加電阻會(huì)產(chǎn)生噪聲并且會(huì)被(3.11)K=HHs222+A22|SSI112211(3.12)增益平坦度是指放大器在工作頻段內(nèi)增益波動(dòng)也叫帶內(nèi)紋波，常用頻帶內(nèi)最高增益與最低增益之差來表示，如圖 4 所示，用公式來表示為：1放大器放大，因此在 LNA 設(shè)計(jì)中，一般不會(huì)用在輸入端增加電阻的方式提高放大器的穩(wěn)定性。(2)

15、采用隔離器。在多級(jí)放大器中，由于各級(jí)之間反射波的存在，可能會(huì)引起系統(tǒng)電路的振蕩。因此，在級(jí)間增加鐵氧體隔離器，能有效防止自激振蕩。(3) 源極串接阻抗負(fù)反饋。在源極和地之間串接一段相當(dāng)于電感性元器件的微帶線，從而構(gòu)成負(fù)反饋電路，但負(fù)反饋會(huì)降低增益。此外，采用 n 形或 T 形衰減網(wǎng)絡(luò)，或采用適當(dāng)?shù)钠秒娐返确椒?，均可提高放大器的穩(wěn)定性。3.5 動(dòng)態(tài)范圍在低噪聲放大器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮到整個(gè)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，以免在進(jìn)入接收機(jī)后造成嚴(yán)重的非線性失真，一般應(yīng)選擇低噪聲放大器的三階交調(diào) IIP3較高一點(diǎn)，至少比最大輸入信號(hào)高 30dB，以免大信號(hào)輸入時(shí)產(chǎn)生非線性失真。無線系統(tǒng)的噪聲系數(shù)取決于前級(jí)放大

16、器的噪聲系數(shù)，LNA 主要完成接收信號(hào)的放大，決定射頻子系統(tǒng)的噪聲系數(shù)和動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍下限基本取決于放大器噪聲系數(shù)：P=N(kTAf)M(3.13)min動(dòng)態(tài)范圍的上限是受非線性指標(biāo)的限制，因此對(duì) LNA 的基本要求是極低的噪聲系數(shù)和高的動(dòng)態(tài)范圍。3.6 輸入輸出駐波比低噪聲放大器的輸入輸出駐波比,它表征了端口回路的匹配情況。很多低噪聲放大器為了獲取最小噪聲,而按照最小噪聲設(shè)計(jì)輸入匹配電路,也就是獲得接近最佳噪聲匹配。而在設(shè)計(jì)輸出端匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí),往往最大的考慮是為了獲得最大功率和最低駐波比。所以,低噪聲放大器的輸入端總是存在某種致使系統(tǒng)不穩(wěn)定的失配.通過插入損耗很小的隔離器,可以解決這種失配

17、引起的端口反射。3.6 噪聲系數(shù)與靈敏度關(guān)系噪聲系數(shù)是指信號(hào)通過放大器之后，由于放大器產(chǎn)生噪聲使信噪比變壞，而信噪比下降的倍數(shù)就是噪聲系數(shù)。其定義為：P/PPsi=siP/PnPsononi式中，n 為放大器輸出端確定的信噪比。而接收機(jī)靈敏度是維持接收機(jī)正常工作時(shí)，輸入端所必需的最小信號(hào)功率(或電壓)。在理想條件下，接收機(jī)內(nèi)部噪聲所決定的靈敏度作為衡量接收機(jī)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，則稱為最高靈敏度。設(shè)天線的輸入信號(hào)為E，則P=E2，P為源內(nèi)阻的熱噪聲，即ssisniP=4kTRAf，于是(2.1)式可寫為：nisnE2F=(3.15)n4kTRAfsn則可檢測的最小信號(hào)為：E=4kTRAfnF(3.16)

18、(3.14)ssn式中，R是天線等效電阻，Af是接收機(jī)通頻帶寬度，k 是波爾茲曼常數(shù)sn(1.38X10-23J/K)，T 為室溫17oC(290K)。從式(3.16)可看出，若給定接收機(jī)的輸入電阻、全機(jī)同頻帶寬以及接收機(jī)的輸出信噪比，其接收機(jī)靈敏度可直接由噪聲系數(shù)決定。四、低噪聲放大器的仿真設(shè)計(jì)4.1仿真軟件簡介目 前 低 噪 聲 放 大 器 設(shè) 計(jì) 通 常 采 用 CAD 、 EESOF 、 MWOffice 和AdvancedDesignSystem 等方式。ADS 是 Agilent 公司開發(fā)的一種功能強(qiáng)大的射頻電路設(shè)計(jì)和仿真工具軟件，對(duì)小信號(hào)特征進(jìn)行的 S 參數(shù)仿真非常適用于低噪聲放

19、大器的仿真設(shè)計(jì)。本次仿真設(shè)計(jì)所采用的軟件是 ADS2009(AdvancedDesignSystem2009),它是Agilent 公司 2009 年推出的新版本的 EDA 軟件，它集合了多種 EDA 軟件的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)行時(shí)域、頻域仿真，數(shù)字電路、模擬電路仿真，線性、非線性仿真等等，由于其強(qiáng)大的仿真功能和較高的準(zhǔn)確性，受到了人們的普遍認(rèn)可。ADS2009 最大的特點(diǎn)就是集成了從 IC 級(jí)到電路級(jí)直至系統(tǒng)級(jí)的仿真模塊。其中 ADSMomentum模塊是一種對(duì) 3D 進(jìn)行簡化的 2.5D 電磁場仿真器，適合于第三維度上的均勻變化的結(jié)構(gòu)仿真，其仿真速度極快，同時(shí)也可保證與主流 3D 電磁仿真軟件具有

20、相當(dāng)?shù)木?。本次仿真設(shè)計(jì)采用 Agilent 公司的 AT-41533 低噪聲晶體管實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器，晶體管的電氣性能參數(shù)如圖 5 所示。所設(shè)計(jì)低噪聲放大器的主要指標(biāo)為：工作頻帶 1.2-1.4GHz(載波頻率 1.3GHz)；增益大于 10dB；噪聲系數(shù)小于 1.5dB；無條件穩(wěn)定。SyimtuParanieterUElItNAbsoluteMasimuirnlLlVolhigeV1島也Collector-Ba&eValUgeVdOVTEO(ZdlLBtLar-EimitLerV12h-CollctturCiLmcntmA50FTPoweDissipation121mW225巧Jmi

21、cticinTemperatureeC150TjmiStorageTuHLpuraturcDC-dstdisoAT41511TAT-41533AbsoluteMaxirtiuitiRatingsThermalNolw；1.Oper-aLijojiuftluh-djencifmiyUJUUDFpiirumrUErKnwCUIISLpuniWK*iil=古印憶-3.DtmEKul1IILWWCfii$26C.圖5AT-41533電氣性能參數(shù)4.2晶體管的直流工作點(diǎn)掃描在低噪聲放大器設(shè)計(jì)之前，首先確定靜態(tài)工作點(diǎn)和偏置電路，即對(duì)晶體管進(jìn)行直流工作點(diǎn)的掃描，實(shí)際就是直流仿真過程，圖 4.2是利用 ADS

22、 軟件的 Template-BJT_curve_tracer 進(jìn)行直流工作點(diǎn)掃描的電路原理圖。圖 4.3 為直流工作點(diǎn)掃描曲線。圖6直流工作點(diǎn)掃描電路原理圖BJlDCCollectorCurrentvs.CoIIIector-EmitterVoItagewithBJT_cu：rveJfKerSchernatlcTemplele8B=1000E-4G0=S.OOflE-560=8.000E-56B-TCC0E-56B-5CCCE-56B-5CCCE-56B=1000E-56B=-3Q00E-56B-2000E-5圖7直流工作點(diǎn)掃描曲線由圖7可讀出，VCE=3V,IC.i=0.013mA。需要注意

23、的是，實(shí)際器件參數(shù)和ADS器件庫中的模型參數(shù)可能會(huì)有一定差異，工程實(shí)踐時(shí)需按要求做出相應(yīng)調(diào)整。4.3穩(wěn)定性分析對(duì)晶體管AT-41533進(jìn)行S參數(shù)掃描，在原理圖中加入2個(gè)穩(wěn)定性測量控件，分別是K:K=stab_fact(S)B:B=stab_fact(S)函數(shù)返回Rollett穩(wěn)定因數(shù)；B:B=stab_meas(S),stab_meas(S)函數(shù)返回穩(wěn)定量。 圖8為穩(wěn)定性分析的電路設(shè)計(jì)圖；圖9為晶體管的各個(gè)S參數(shù)曲線；表1列出工作頻帶附近的K、B值。Prate.DCn3-1VARIVCE-DVIBB-DA-4-fV_DC：_=_SRC1.Vdc=VCE415旳219S5D12SFritficf

24、=-DdD-3.1DGHr-DCQC1I-SUrt=D3top=-5StepD1l|blspi&nnpidedispcemplBJTtLrffiDracerid-PRAJVIEIERSWEEPSweep!.&*eepar=neB!,.ShiIrianceName|i|=015ITInSzmccNanie|2|=SinFnslanceName|3|=irftlanceNaiH9|4.|takislaceName|5|=-”IniarieaNameG|”Slart-2DuASlgp=iDOuAiep=1DiiABJ.TunngT甩卯圖9晶體管的各個(gè)S參數(shù)曲線由圖9可看到， 在1.3

25、GHz處端口1的阻抗值為Z0*(0.667+j0.010),端口2的值為-5.680dB，S21即增益為9.603dB。說明此時(shí)晶體管的端口匹配并不好，增益也不夠高，需要對(duì)其輸入、輸出端口進(jìn)行阻抗匹配，來提高放大器的性能。表1工作頻帶附近的K、B值freqBK1.150GHz0.6911047100GHz0.C91.0512S0GHzD.7D1.D661.300GHz07K1061.350GHz07071.01400GHzQ.T1.0651.450GHz07K1.060OPTIONS Opll&fiiQpHionsITimp-16S6Tnom=2SV_Rsnoi=1e-6V_Ab(sl

26、at=1e-SV- LRm1bl=2-E.13101=16-12AGisAllWarniingy&feMaxlVarnings=10StabMeas-S=Eab;_meas(SiSlabFacl|-StabFactKK=slab_factS|賠|Displaylemplate-drsS-FVRAMERS目.Pig 啪 ITTSRIStefl-0.1GHzStop=5.1GHzStp-005GHIETermNium=1lZ-SOOhmSmiih圖8S參數(shù)掃描的電路原理圖FwfMno-10.10-S.iqGHrTurn2Num=2Z-&0CHm竄欝X1P?密曹n2i=a=l3C0&

27、amp;Z?從表1可看出，在121.4GHz的頻帶范圍內(nèi)，K值大于1，B值大于0由式(3.11)、(3.12)得出在此工作頻帶內(nèi)系統(tǒng)無條件穩(wěn)定，無需另外設(shè)計(jì)穩(wěn)定電路。4.4匹配電路設(shè)計(jì)4.4.1輸入匹配電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的低噪聲放大器置于接收機(jī)前端， 由式(3.3)可知，當(dāng)晶體管輸入端的源反射系數(shù)r(Sopt)=r時(shí)，可獲得最小的噪聲系數(shù)F=F。optsmin通過對(duì)晶體管AT-41533進(jìn)行SP模型掃描，中心頻率為1.3GHz時(shí)，值是0.667+j0.010：使用Smith圓圖工具，將輸入反射系數(shù)S(1，1)設(shè)置為r共軛，用opt于最小噪聲系數(shù)輸入阻抗的匹配。圖10為輸入匹配的電路設(shè)計(jì)，圖4.7

28、為Smith匹配子電路。DispInyTcrrpiBKciisptempl,S_Ptinim3_QsDdi_cE_Smiiih-若匹配后， 如果沒有達(dá)到理想情況， 可以將匹配子電路連接到原理圖中，然后再使用 ADS 的 Tuning 功能對(duì)子電路的元件進(jìn)行微調(diào)，使得結(jié)果達(dá)到最好，如圖 12-13 所示。圖 14 為輸入匹配后阻抗圓圖。opnoNsJOptionsOpfohrslTgmp=16.S5-!Re)ifol=1e-6.7AkslnJ=1e-V5iart-Q1GHz510p=5.1GHZQHzi_Reny=ie-6l_AbsT&l-l6-12AGlwJWarningigsiesM

29、a/iBirjrgs-WJeIITermdNuifl=1Z=5fiGhmDA_3mithChartMatchaiiDjfSmithChartMaiDli?w.AT41E3321935D125fermhlbrnWZ=50Ohmsp.SHf1B-isWBj匕仇“2.7VFrfeiDmCvlO.10-5.10GH?圖10輸入匹配的電路設(shè)計(jì)圖11匹配子電路pfioriS-1Tiim|S-1S.&S- Tnom=25.Relloh1e-6.VAhsW=1ff-SV.l_FL2Tdl=le-6 LAbaTsl-lB-ISAoW&Fiin-ga-IG圖12匹配子電路連接到原理圖中圖13使用T

30、uning進(jìn)行微調(diào)InjputRsflwiionCoe-ffilentSS=t.300GHz、S(1J：r=O015/3.111?呂rmei=20*t.CISCI+002；|m2Iraq(IDO.DLlHrto51000Hz)圖14輸入匹配后阻抗圓圖由圖14可知，進(jìn)行輸入匹配后，輸入端口的阻抗特性得到了提高。4.4.2輸出匹配電路輸出網(wǎng)絡(luò)匹配是由微帶線實(shí)現(xiàn)的，采用 RF4 基板，具體參數(shù)為：基板厚度0.8mm；相對(duì)介電常數(shù) Er 為 4.3；磁導(dǎo)率 Mur 為 1；金屬電導(dǎo)率為 5.88E+7；金屬s_paranSP1Stort=D.10i2GrfzStes-C.DBGHz=0.05GHzL1

31、Qggjgjjid出前R=le-I2ai,CL.CU.LiyflC13U44祺土畑1：C?-tcmr：s一迴Iks.ELITITJi：13UQI-；D.D3W：.CPT1DNS.DiEprayTamplsEedrspttnrpl唱Pan&me-Quad-cElSnrth-0i3iF5jl：t=5mAFt&pmnt尸即.15.10君14才-TETITTBrmi!Z=&DDhmL1L=2.952441fihtieR-1e-l2Onrn層厚度為 0.03mm。如圖 4.11 所示，通過 ADS 自帶的微帶線計(jì)算工具計(jì)算出微帶線寬度圖15介質(zhì)基板的設(shè)置圖16微帶線尺寸的計(jì)算選擇

32、控件 MLIN、MTEE、MLEF 插入到輸出端。設(shè)置 2 個(gè)優(yōu)化 GOAL,其對(duì)象分別是 S(1,1)和 S(2,2)，有一點(diǎn)需要注意的是，進(jìn)行優(yōu)化后輸入匹配 Smith 圓圖的參數(shù)也會(huì)有稍微的改變。圖 17 為輸出匹配的電路設(shè)計(jì)圖，1.52mm，如圖 16 所示。r情 LinCMuntrthdV叵FileSimuhtianUpticnsHelpL&SaplIN岸i-1|-iiin21|0EWn-mT|T*刃|mm創(chuàng)|Q.D|irmd|6.KE+7|N/*JJw|1.S2I1GDrrffiL|32.iKHKimmIIWINA二回MSublH=0.8mmEr=4.3-hlUF=1-Co

33、nd=5.88E+7.Hu=1.0e+033mmT-0.03mmTanD=1e4Rough-0mmMSub-MSUBCaJoJaedRegijiiCordZDlpIMLINMLIN_CFA1JLT比孚上P-BidllrtCISEbcbkxl賊Par-anrteroAralpa-EI：:TFID|Maje_DEFAJULT仁Ell-32迎豊DB=ttOZIGkinD-qrf-i-aOPi-CommrmGjnh&圖17輸出匹配的電路設(shè)計(jì)圖m4freq-13O0GHzdB(S(1n1)=-19.186ptlter=72Treq:cuz圖18匹配后的S(l,l)曲線由圖18可知，輸出匹配后，對(duì)

34、輸入端口有一定的影響，但在1.3GHz處的S(1,1)值為-19.186dB,仍符合設(shè)計(jì)要求。TJjMW.rnpT=O.nimfflMo用HlWW1F=Ti-|lp1.2：GH!-E.Dfifrn&aEZS曲：3(陽護(hù)情貼13kUhfc-.匡神刨 I-：.Flf-f(1i=-J;E-&t&.7.JWJKJ-1J:GHrUn：理 rp-憐姿TtaTlIMTU-Iw&-I_WIB1=4.1B-U-沁叫勿呷T-toTf卩沁沱商遲=侖張空皿 s平.SK4-m3freq=1.300GHzdB(S(2,2.503optlter72freqhGHz圖19匹配后的S(2,2)曲線比較圖9和圖19中的S(2,2)曲線可以看到，進(jìn)行輸出匹配后,數(shù)得到了