基于ADS低噪聲放大器設計及仿真

1、-. z畢業(yè)論文基于ADS的低噪聲放大器設計與仿真TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc377930413一、實驗背景和目的 PAGEREF _Toc377930413 h 4HYPERLINK l _Toc3779304141.1 低噪聲放大器 PAGEREF _Toc377930414 h 4HYPERLINK l _Toc3779304151.1.1 概念 PAGEREF _Toc377930415 h 4HYPERLINK l _Toc3779304161.1.2 主要功能 PAGEREF _Toc377930416 h 4HYPERLINK l _Toc377

2、9304171.1.3 主要應用領域 PAGEREF _Toc377930417 h 5HYPERLINK l _Toc3779304181.2 低噪聲放大器的研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc377930418 h 5HYPERLINK l _Toc3779304191.3 本實驗報告的主要研究容和容安排 PAGEREF _Toc377930419 h 6HYPERLINK l _Toc377930420二、低噪聲放大器的原理分析與研究 PAGEREF _Toc377930420 h 7HYPERLINK l _Toc3779304212.1 低噪聲放大器的根本構造 PAGEREF _Toc

3、377930421 h 7HYPERLINK l _Toc3779304222.2 低噪聲放大器的根本指標 PAGEREF _Toc377930422 h 7HYPERLINK l _Toc3779304232.2.1 噪聲系數(shù) PAGEREF _Toc377930423 h 8HYPERLINK l _Toc3779304242.2.2 增益 PAGEREF _Toc377930424 h 9HYPERLINK l _Toc3779304252.2.3 輸入輸出駐波比 PAGEREF _Toc377930425 h 9HYPERLINK l _Toc3779304262.2.3 反射系數(shù) P

4、AGEREF _Toc377930426 h 9HYPERLINK l _Toc3779304272.2.4 放大器的動態(tài)圍IIP3 PAGEREF _Toc377930427 h 10HYPERLINK l _Toc3779304282.3 低噪聲放大器設計設計的根本原則 PAGEREF _Toc377930428 h 10HYPERLINK l _Toc3779304292.3.1 低噪聲放大管的選擇原則 PAGEREF _Toc377930429 h 10HYPERLINK l _Toc3779304302.3.2 輸入輸出匹配電路的設計原則 PAGEREF _Toc377930430

5、h 10HYPERLINK l _Toc377930431三、低噪聲放大器的設計 PAGEREF _Toc377930431 h 14HYPERLINK l _Toc3779304323.1 放大器設計的主要流程 PAGEREF _Toc377930432 h 14HYPERLINK l _Toc3779304333.2 低噪聲放大管的選擇 PAGEREF _Toc377930433 h 15HYPERLINK l _Toc3779304343.3 穩(wěn)定性計算 PAGEREF _Toc377930434 h 16HYPERLINK l _Toc3779304353.4 輸入輸出匹配電路電路設計

6、 PAGEREF _Toc377930435 h 17HYPERLINK l _Toc3779304363.5 偏置電路 PAGEREF _Toc377930436 h 18HYPERLINK l _Toc3779304373.6 電路中需要注意的一些問題 PAGEREF _Toc377930437 h 18HYPERLINK l _Toc377930438四、設計目標 PAGEREF _Toc377930438 h 20HYPERLINK l _Toc377930439五、ADS軟件仿真設計和結論 PAGEREF _Toc377930439 h 21HYPERLINK l _Toc37793

7、04405.1 ADS仿真設計 PAGEREF _Toc377930440 h 21HYPERLINK l _Toc3779304415.1.1 直流分析DC TRacing PAGEREF _Toc377930441 h 21HYPERLINK l _Toc3779304425.1.2 偏置電路的設計 PAGEREF _Toc377930442 h 21HYPERLINK l _Toc377930443穩(wěn)定性分析 PAGEREF _Toc377930443 h 22HYPERLINK l _Toc377930444噪聲系數(shù)園和輸入匹配 PAGEREF _Toc377930444 h 22HY

8、PERLINK l _Toc377930445最大增益的輸出匹配 PAGEREF _Toc377930445 h 25HYPERLINK l _Toc3779304465.2 結論分析 PAGEREF _Toc377930446 h 30需要仿真源文件，請在空間留言一、設計的背景和目的1.1低噪聲放大器在無線通信系統(tǒng)中，為了提高承受信號的靈敏度，一般在接收機前端放置低噪聲放大器用來提高增益并降低系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。概念低噪聲放大器是噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設備的放大電路。在放大微弱信號的場合，放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴重，

9、因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù) F來表示。理想放大器的噪聲系數(shù) F10分貝 ，其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應晶體管；微波低噪聲放大器則采用變容二極管參量放大器 ，常溫 參放的 噪聲 溫度 Te 可低于幾十度(絕對溫度)，致冷參量放大器可達 20K以下，砷化鎵場效應晶體管低噪聲微波放大器的應用已日益廣泛，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)以及信源阻有關。在工作頻率和信源阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點有關。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極

10、一共基極級聯(lián)的低噪聲放大電路。主要功能隨著通訊工業(yè)的飛速開展，人們對各種無線通訊工具的要求也越來越高，功率輻射小、作用距離遠、覆蓋圍大已成為各運營商乃至無線通訊設備制造商的普遍追求，這就對系統(tǒng)的接收靈敏度提出了更高的要求，我們知道，系統(tǒng)接收靈敏度的計算公式如下： S=-174+ NF+10BW+S/N由上式可見，在各種特定帶寬、解調S/N已定的無線通訊系統(tǒng)中，能有效提高靈敏度的關鍵因素就是降低接收機的噪聲系數(shù)NF，而決定接收機的噪聲系數(shù)的關鍵部件就是處于接收機最前端的低噪聲放大器。低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調出所需的信息數(shù)據(jù)，所以低噪聲放大

11、器的設計對整個接收機來說是至關重要的。主要應用領域低噪聲放大器可以使接收機承受的的微弱信號放大，并降低噪聲的干擾，無失真的將信號放大傳給下一級電路，是通信系統(tǒng)中重要的前端必備電路，因此低噪聲放大器廣泛應用于微波通信、GPS接收機、遙感遙控、雷達、電子對抗及各種高精度測量系統(tǒng)等領域中，是現(xiàn)代IC技術開展中必不可少的重要電路。1.2 低噪聲放大器的研究現(xiàn)狀隨著半導體器件的開展，低噪聲放大器的性能不斷提高，采用PHEMT 場效應晶體管的低噪聲放大器的在800MHz頻段噪聲系數(shù)可到達0.4dB,增益約17dB左右，1900MHz頻段噪聲系數(shù)可到達0.6增益為15dB左右。微波晶體管是較晚開發(fā)的三電極半

12、導體器件,由于其性能優(yōu)越.迅速獲得了廣泛應用.并不斷地向高頻率、大功率、集成化推進.根本作用是放大器，已根本上取代了參放.局部地代替行數(shù).在其它電路中也可使用,如:混頻器,倍頻器,振蕩器,開關等. 目前,廣泛應用及有前景的元件主要有以下五種.BJT雙極結晶體管是普通三極管向射頻與微波頻段的開展。使用最多的等效電路模型是Gummel-Poon模型，之后出現(xiàn)了VBIC模型，ME*TRAM模型和Philips模型。VBIC模型是Gummel-Poon模型的開展伸；ME*TRAM模型零極點少，故比Philips模型收斂快。MOSFET金屬氧化物場效應管在2.5GHZ以下頻段應用的越來越多。 雙擴散金屬

13、氧化物半導體DMOS是CMOS晶體管向高頻的開展,側面雙擴散金屬氧化物半導體LDMOS器件是大功率微波放大器件。SPICE給出了雙極型CMOS的非線性模型Bi-CMOS, Bi-CMOS模型包括了同一硅片上的BJTs ,N型MOSFET和P型MOSFET.模型。MESFET金屬半導體場效應管是在GaAs基片上上同時實現(xiàn)肖特基勢壘結和歐姆接觸。這是一個受柵極電壓控制的多數(shù)載流子器件。這種器件的非線性模型MESFET/HEMT由幾個著名器件和軟件廠商給出，還在不斷完善。HEMT(PHEMT和MHEMT)高電子遷移率器件在很多場合下已經(jīng)取代了MESFET器件。1980年提出的這種器件，近幾年來才有大

14、量工程應用。PHEMT是點陣匹配的偽HEMT器件，MHEMT是多層涂層構造的變形HEMT 器件，MHEMT器件開展?jié)摿^大。HBT 異質結雙極結晶體管是為了提高GaAs BJT的發(fā)射效率于1965年提出，經(jīng)歷了漫長的開展工程，而1985年出現(xiàn)的 SiGe BJT 最大結溫Tj,ma*僅為155呈現(xiàn)出良好的微波特性。自1988年以來，微波半導體器件的性能得到了迅猛的開展，增益高，噪聲低，頻率高，輸出功率大。技術的進步，模型的完整使得PHEMT器件成為2GHz無線電系統(tǒng)的主力器件。不斷出現(xiàn)的新材料帶來微波器件材料日新月異開展。SiC和GaN的創(chuàng)造已經(jīng)使得FET實現(xiàn)大高功率器件，N溝道MOSFET有

15、望擔綱60GHz器件。低噪聲微波放大器LNA已廣泛應用于微波通信、GPS 接收機、遙感遙控、雷達、電子對抗、射電天文、測繪、電視及各種高精度的微波測量系統(tǒng)中，是必不可少的重要電路。微波晶體管放大器還在向更高工作頻率、低噪聲、寬頻帶、集成化和標準化開展。1.3 本實驗報告的主要研究容和容安排本實驗報告的將基于ADS仿真設計低噪聲放大器，并優(yōu)化電路構造，最終設計出符合各項指標基于ATF54143場效應管的低噪聲放大器。本文研究的主要容安排如下：分析一般低噪聲放大器的根本構造和各項根本指標，低噪聲放大器的一般設計過程。選擇本文設計的低噪聲放大器的晶體管，并初步設計低噪聲放大器的匹配網(wǎng)絡和偏置電路，穩(wěn)

16、定性的解決方法。利用ADS軟件仿真設計低噪聲放大器，并完成電路圖的設計。二、低噪聲放大器的原理分析與研究2.1 低噪聲放大器的根本構造低噪聲放大器由輸入匹配網(wǎng)絡、微波晶體管放大器和輸出匹配網(wǎng)絡組成。低噪聲放大器根本構造構造圖，如圖2.1所示。輸出匹配網(wǎng)絡微波晶體管放大器輸入匹配網(wǎng)絡圖2.1低噪聲放大器的根本構造輸入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)絡作為放大器的匹配電路，用于實現(xiàn)放大器的最正確源匹配和共軛匹配。一般采用電感，電容或微帶線來完成匹配電路。晶體管是放大器的核心器件，所有的外部電路都是為了實現(xiàn)晶體管的更好的發(fā)揮功能，實現(xiàn)放大器的低噪聲，適宜的增益和穩(wěn)定性。2.2 低噪聲放大器的根本指標低噪聲放大器

17、的二端口網(wǎng)路的根本構造圖，如圖2.2所示。晶體管放大器輸入匹配網(wǎng)絡輸出匹配網(wǎng)絡5050SLinoutVSWRinVSWRout圖2.2 二端口網(wǎng)絡構造圖噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)的定義為放大器輸入信噪比與輸出信噪比的比值，即：NF= 2-1對單級放大器而言，其噪聲系數(shù)的計算為： 2-2其中 Fmin為晶體管最小噪聲系數(shù)，是由放大器的管子本身決定的，opt、Rn 和s分別為獲得 Fmin時的最正確源反射系數(shù)、晶體管等效噪聲電阻、以及晶體管輸入端的源反射系數(shù)。對多級放大器而言，其噪聲系數(shù)的計算為：NF=NF1+(NF -1)/G1+(NF -1)/G1G + 2-3其中NFn為第n級放大器的噪聲系數(shù)，Gn

18、為第n級放大器的增益在*些噪聲系數(shù)要求非常高的系統(tǒng)，由于噪聲系數(shù)很小，用噪聲系數(shù)表示很不方便，常常用噪聲溫度來表示，噪聲溫度與噪聲系數(shù)的換算關系為：Te = T0 ( NF 1 ) 2-4其中Te 為放大器的噪聲溫度，T0 =2900 K，NF為放大器的噪聲系數(shù)。NF(dB) = 10LgNF 2-5增益放大器的增益定義為放大器輸出功率與輸入功率的比值：G=Pout / Pin(2-6)從(2-3)的計算公式中可見，提上下噪聲放大器的增益對降低整機的噪聲系數(shù)非常有利，但低噪聲放大器的增益過高會影響整個接收機的動態(tài)圍。所以，一般來說低噪聲放大器的增益確定應與系統(tǒng)的整機噪聲系數(shù)、接收機動態(tài)圍等結合

19、起來考慮。輸入輸出駐波比低噪聲放大器的輸入輸出駐波比表征了其輸入輸出回路的匹配情況，我們在設計低噪聲放大器的匹配電路時，輸入匹配網(wǎng)絡一般為獲得最小噪聲而設計為接近最正確噪聲匹配網(wǎng)絡而不是最正確功率匹配網(wǎng)絡，而輸出匹配網(wǎng)絡一般是為獲得最大功率和最低駐波比而設計，所以，低噪聲放大器的輸入端總是存在*種失配。這種失配在*些情況下會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，一般情況下，為了減小放大器輸入端失配所引起的端口反射對系統(tǒng)的影響，可用插損很小的隔離器等其他措施來解決。輸入輸出駐波比計算公式：VSWR= (2-7)反射系數(shù)放射系數(shù)是端口輸入電壓與輸出電壓的比值，表達公式為：=(2-8)當s = opt 時，放大器的噪聲系數(shù)

20、最小，NF=NFmin ，但此時從功率傳輸?shù)慕嵌葋砜?，輸入端是失配的，所以放大器的功率增益會降低，但有些時候為了獲得最小噪聲，適當?shù)臓奚恍┰鲆嬉驳驮肼暦糯笃髟O計中經(jīng)常采用的一種方法。 放大器的動態(tài)圍IIP3在低噪聲放大器的設計中，應充分考慮整個接收機的動態(tài)圍，以免在接收機后級造成嚴重的非線性失真，一般應選擇低噪聲放大器的輸入三階交調點IIP3較高一點，至少比最大輸入信號高30dB，以免大信號輸入時產(chǎn)生非線性失真。除以上各項外，低噪聲放大器的工作頻率、工作帶寬及通帶的增益平坦度等指標也很重要，設計時要認真考慮。2.3 低噪聲放大器設計設計的根本原則低噪聲放大管的選擇原則 對微波電路中應用的低噪

21、聲放大管的主要要高增益和低噪聲以及足夠的動態(tài)圍，目前雙極型低噪聲管的工作頻率可以到達幾個千兆噪聲系數(shù)為幾個分貝，而砷化鎵小信號的場效應管的工作頻率更高，噪聲系數(shù)可在1分貝以下。 我們在選取低噪聲放大器管通?？梢詮囊韵聨讉€方面進展考慮：1 微波低噪聲管的噪聲系數(shù)足夠小工作頻段足夠高，晶體管的fT一般要比工作頻率高4倍以上，現(xiàn)在PHEMT場效應管的噪聲系數(shù)在2GHz可在0.5dB左右，工作頻率高端可到達6GHz。 2微波低噪聲管要有足夠高的增益和高的動態(tài)圍,一般要求放大器工作增益大于10dB以上, 當輸入信號到達系統(tǒng)最大值時由放大器非線性引起的交調產(chǎn)物小于系統(tǒng)本底噪聲，對于Z*PCS大基站工程由于

22、最大輸入信號小于-44dBm，考慮到放大器13dB左右增益，我們選取了ATF34143 場效應管它的增益可達15dB，OIP3為30dBm左右。輸入輸出匹配電路的設計原則對于單級晶體管放大器的噪聲系數(shù)，可以將表達式(2-9)化成一個圓的表達式，即等噪聲系數(shù)圓。圓上每一點代表一個能產(chǎn)生恒定噪聲系數(shù)NF的源反射系數(shù)。如要獲得需要的噪聲系數(shù)，只要在圓圖上畫出對應于這個噪聲系數(shù)的圓，然后將源阻抗匹配到這個圓上的一個點就行了。實際設計中由于要兼顧到放大器的增益，通常我們不取最小噪聲系數(shù)。在對放大器進展單項化設計時假定S120，轉移功率增益GT可以由如下公式表示：GT=G0G1G22-11 其中G0=，G

23、1= ，G2= ， 對于特定的晶體管S11、S22是確定的，不同的源反射系數(shù)1和負載反射系數(shù)2，可以構成恒定增益圓，設計時只須將源和負載反射系數(shù)分別匹配到相應的圓上，便能得到相應的增益。將恒定增益圓與等噪聲系數(shù)圓結合起來設計，便能得到比擬理想的結果。另外設計中還要注意增益平坦設計主要是高端共軛匹配，低端校正，一般還需在多個中間頻率上進展增益規(guī)定性校驗，在高頻應用時由于微波晶體管本身的增益一般隨著頻率的升高而降低，為了保證電路在低頻率段的增益恒定和穩(wěn)定性可以考慮在輸入輸出端采用高通匹配方式。 在以上的討論中我們忽略了晶體管的反向傳輸系數(shù)，實際中微波場效應晶體管和雙極性晶體管都存在部反應，微波管的

24、S12就表示部反應量，它是電壓波的反向傳輸系數(shù)。S12越大，部反應越強，反應量到達一定強度時，將會引起放大器穩(wěn)定性變壞，甚至產(chǎn)生自激振蕩。微波管的S21代表電壓波的正向傳輸系數(shù)，也就是放大倍數(shù)。S21越大，則放大以后的功率越強。在同樣的反應系數(shù)S12的情況下，S21越大當然反應的功率也越強，因此S21也影響放大器的穩(wěn)定性。一個微波管的射頻絕對穩(wěn)定條件是： =|S11*S22-S12*S21| 2-12，K稱為穩(wěn)定性判別系數(shù)，K大于1是穩(wěn)定狀態(tài)，只有當式中的三個條件都滿足時，才能保證放大器是絕對穩(wěn)定的。實際設計時為了保證低噪聲放大器穩(wěn)定工作還要注意使放大器避開潛在不穩(wěn)定區(qū)。為改善微波管自身穩(wěn)定性

25、，有以下幾種方式：1串接阻抗負反應在MESFET的源極和地之間串接一個阻抗元件，從而構成負反應電路。對于雙極晶體管則是在發(fā)射極經(jīng)反應元件接地。在實際的微波放大器電路中，電路尺寸很小，外接阻抗元件難以實現(xiàn)，因此反應元件常用一段微帶線來代替，它相當于電感性元件的負反應。2用鐵氧體隔離器鐵氧體隔離器應該加在天線與放大器之間，假定鐵氧體隔離器的正向功率衰減微為a，反向功率衰減為b，且a1，b1。則G0為加隔離器前的反射系數(shù)，G為加隔離器后的反射系數(shù)。用以改善穩(wěn)定性的隔離器應該具有的特性是：(1)頻帶必須很寬，要能夠覆蓋低噪聲放大器不穩(wěn)定頻率圍；(2)反向隔離度并不要求太高；(3)正向衰減只需保證工作頻

26、帶之有較小衰減，以免影響整機噪聲系數(shù)，而工作頻帶外，則沒有要求。(4)隔離器本身端口駐波比要小。3穩(wěn)定衰減器P型阻性衰減器是一種簡易可行的改善放大器穩(wěn)定性的措施，通常接在低噪聲放大器末級輸出口，有時也可以加在低噪聲放大器的級間，由于衰減器是阻型衰減，不能加在輸入口或前級的級間，以免影響噪聲系數(shù)。在不少情況下，放大器輸出口潛在不穩(wěn)定區(qū)較大，在輸出端加P型阻性衰減器，對改善穩(wěn)定性相當有效。三、低噪聲放大器的設計3.1放大器設計的主要流程選擇晶體管S參數(shù)，噪聲參數(shù)，功率輸出，價格計算K值K1計算增益Gma在TS和TL平面內畫出不穩(wěn)定區(qū)假設S12=0，在頻率f2設計M1,M2在穩(wěn)定區(qū)令增益Gma，在f

27、2設計M1,M2畫出TS和TL多頻率的變化曲線，檢驗穩(wěn)定性設計直流偏置電路，在檢驗穩(wěn)定性安排整個放大器電路核實可實現(xiàn)性安排光刻是否否否否是3.2 低噪聲放大管的選擇低噪聲放大器(LNA)是射頻微波電路接收前端的主要局部，由于他位于接收機的最前端，要求他的噪聲越小越好，但又要求有一定的增益，最小噪聲和最大增益一般不能同時滿足，獲取最小噪聲和最大功率是矛盾的，一般電路設計總是選擇折中的方案來到達設計的要求，以犧牲一定的增益來獲得最小噪聲，而在射頻微波通信電路中，需要處理微弱的射頻微波信號，因此，討論適宜的低噪聲放大器電路的設計具有非常實際的意義。對微波電路中應用的低噪聲放大管的主要要高增益和低噪聲

28、以及足夠的動態(tài)圍，目前雙極型低噪聲管的工作頻率可以到達幾個千兆噪聲系數(shù)為幾個分貝，而砷化鎵小信號的場效應管的工作頻率更高，噪聲系數(shù)可在1分貝以下。 我們在選取低噪聲放大器管通?？梢詮囊韵聨讉€方面進展考慮：1 微波低噪聲管的噪聲系數(shù)足夠小工作頻段足夠高，晶體管的fT一般要比工作頻率高4倍以上，現(xiàn)在PHEMT場效應管的噪聲系數(shù)在2GHz可在0.5dB左右，工作頻率高端可到達6GHz。 2微波低噪聲管要有足夠高的增益和高的動態(tài)圍,一般要求放大器工作增益大于10dB以上, 當輸入信號到達系統(tǒng)最大值時由放大器非線性引起的交調產(chǎn)物小于系統(tǒng)本底噪聲，對于Z*PCS大基站工程由于最大輸入信號小于-44dBm，

29、考慮到放大器13dB左右增益，我們選取了ATF34143 場效應管它的增益可達15dB，OIP3為30dBm左右。安捷倫公司的ATF54143是一種增強型偽高電子遷移率晶體管(E-pHEMT)，不需要負柵極電壓，與耗盡型管相比擬，可以簡化排版而且減少零件數(shù)，該晶體管最顯著的特點是低噪聲，并具有高增益、高線性度等特性，他特別適用于工作頻率圍在450 MHz6 GHz之間的蜂窩PCSwCDMA基站、無線本地環(huán)路、固定無線接入和其他高性能應用中的第一階和第二階前段低噪聲放大器電路中。 本設計采用安捷倫公司的ATF54143，ATF54143是一種增強型偽高電子遷移率晶體管(E-pHEMT)，具有噪聲

30、低，增益高，線性圍大等特點，是做2GHz頻率低噪聲放大器的很好的選擇。查閱ATF54143的data sheet文件可知它的封裝模型：與典型的D-pHEMT不同,ATF45143并不需要在門級上加負電壓偏置, 而是在門級加正電壓偏置。因此,atf54143的偏置電路更像是雙極型晶體管的偏置電路。但是與一般的雙極型晶體管不同,它的偏置電壓不是0.7v,而是工作在大約0.6v。其封裝模型如圖3.1所示。圖3.1 ATF54143的封裝模型ATF54143的特征：高線性度增強型技術低噪聲系數(shù)優(yōu)異的穩(wěn)定性800微米柵極寬度低本錢的外表小封裝SOT_343帶盤式包裝選擇 在本設計中選用的典型工作點為：V

31、DS=3V,IDS=60mA。3.3 穩(wěn)定性計算穩(wěn)定判別公式： =|S11*S22-S12*S21| 3-1查看Data sheet 計算出在f=2.017GHz附近時的K值，此時管子的S參數(shù)如下：S11=-0.603-j*0.119S12=0.052+j*0.034S21=2.135+j*6.936S22=-0.075-j*0.145K=0.812，K1，可知該管子在該頻率附近不是絕對穩(wěn)定的，由于AFT54143在工作頻段不是絕對穩(wěn)定的，為了提高放大器的穩(wěn)定性，可以在輸出端并聯(lián)一個100的電阻。為確保ATF54143在盡可能寬的頻帶保持穩(wěn)定，這里采取源極引入串聯(lián)感性反應的方法，電感采用一段很

32、細的微帶線來代替。在源極串聯(lián)電感后，可以增加晶體管雙端口網(wǎng)絡輸入阻抗的實部，而虛部根本保持不變，使其逐漸與最正確噪聲匹配的阻抗重合；另一方面，增加一個無源元件不會使晶體管的噪聲性能惡化其反應量對于帶帶外的電路增益、平穩(wěn)性和輸入輸出回波損耗有著巨大的作用。在實際電路源端電感要做適量的調節(jié)。放大器PCB板的設計考慮到源端的電感量是變化的。當每個源端與微帶相連時，沿著微帶線的任何一點都可以連接到地端，要得到最低的電感值，只需在距元件源端最近的點上將源端焊盤與地端相連，并只有非常短的一段蝕刻。放大器的每一段源端蝕刻與相應的地端相連的長度大約有005英寸(是從源端邊緣與其最近的第一個地過孔邊緣間測得)，

33、剩余并末使用的源端蝕刻可切斷除去。通常，過大的源極電感量值所帶來的邊緣效應表現(xiàn)為超高頻端的增益值出現(xiàn)峰化及整體的合成振蕩。為防止這種情況，在初始LNA的設計原型階段，盡量準確地確定源端電感的量值，并且仿真中也要調節(jié)源端電感量的大小，找出最優(yōu)值優(yōu)化LNA性能。3.4 輸入輸出匹配電路電路設計射頻輸入端匹配在低噪聲放大器設計常都起著關鍵性的作用。其不僅僅被用于獲得低的噪聲系數(shù)，同時它還可以用于獲得更高的IIP3，更高的增益以及輸入回波損耗。另外，由于在*些收發(fā)信機系統(tǒng)中在低噪聲放大器前面通常會有一個濾波器，差的低噪聲放大器輸入回波損耗會惡化濾波器的性能，從而影響整個系統(tǒng)的性能。因此，輸入端匹配的目

34、的就是在保持較好的增益和IIP3的同時獲取更好的回波損耗和噪聲系數(shù)。由于ATF54143管子在工作頻帶的良好的低噪聲系數(shù)性能，在NF0.8dB條件下可以在設計輸入匹配中選用共軛匹配，所以在本低噪聲放大器中選用共軛匹配的輸入網(wǎng)路。輸出匹配網(wǎng)絡一般是為獲得最大功率和最低駐波比而設計，故在次設計中我們采用輸出共軛匹配網(wǎng)絡。3.5 偏置電路射頻有源電路通常都需要提供直流供電網(wǎng)絡，使射頻有源器件能工作在特定的電壓電流下，在晶體管放大電路中，偏置電路為晶體管提供適宜的靜態(tài)工作點，如果偏置電路設計不當，會影響電路的功率增益、噪聲系數(shù)，甚至會導致放大電路的不穩(wěn)定。安捷倫公司的ATF54143是一種增強型偽高電子遷移率晶體管(E-pHEMT)，不需要負柵極電壓，與耗盡型管相比擬，可以簡化排版而且減少零件數(shù)，在此設計中柵極和漏