2022年基于ADS的低噪声放大器设计与仿真.docx

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1、精品学习资源基于 ADS 地低噪声放大器设计与仿真一、试验背景和目地 .3.1.1 低噪声放大器3.1.1.1 概念.3.1.1.2 主要功能 .3.1.1.3 主要应用领域 .4.1.2 低噪声放大器地争论现状 .4.1.3 本试验报告地主要争论内容和内容支配 5.二、 低噪声放大器地原理分析与争论6.2.1 低噪声放大器地基本结构 .6.2.2 低噪声放大器地基本指标 .6.2.2.1 噪声系数 .7.欢迎下载精品学习资源2.2.2 增益.8.2.2.3 输入输出驻波比 8.2.2.3 反射系数 .8.2.2.4 放大器地动态范畴（ IIP3）9.2.3 低噪声放大器设计设计地基本原就 9

2、.2.3.1 低噪声放大管地挑选原就9.2.3.2 输入输出匹配电路地设计原就9.三、低噪声放大器地设计 .1 23.1 放大器设计地主要流程 .1 23.2 低噪声放大管地挑选 .1 33.3 稳固性运算 .1 43.4 输入输出匹配电路电路设计 .1 53.5 偏置电路 .1 6.3.6 电路中需要留意地一些问题 .1 6四、设计目标 .1 7.五、ADS 软件仿真设计和结论 .1 85.1 ADS 仿真设计 .1 85.1.1 直流分析 DC TRacing .1 85.1.2 偏置电路地设计 .1 85.1.3 稳固性分析 .1 95.1.4 噪声系数园和输入匹配 .1 95.1.5

3、最大增益地输出匹配 .2 25.2 结论分析 .2 7.需要仿真源文件，请在空间留言欢迎下载精品学习资源一、设计地背景和目地1.1 低噪声放大器在无线通信系统中，为了提高接受信号地灵敏度，一般在接收机前端放置低噪声放大器用来提高增益并降低系统地噪声系数.1.1.1 概念低噪声放大器是噪声系数很低地放大器.一般用作各类无线电接收机地高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备地放大电路.在放大柔弱信号地场合，放大器自身地噪声对信号地干扰可能很严峻，因此期望减小这种噪声，以提高输出地信噪比 .由放大器所引起地信噪比恶化程度通常用噪声系数F 来表示.抱负放大器地噪声系数 F1（0 分贝） ，其物理

4、意义是输出信噪比等于输入信噪比.现代地低噪声放大器大多采纳晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器就采纳变容二极管参量放大器，常温 参放地 噪声 温度 Te 可低于几十度 肯定温度，致冷参量放大器可达 20K 以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器地应用已日益广泛，其噪声系数可低于2 分贝.放大器地噪声系数仍与晶体管地工作状态以及信源内阻有关 .在工作频率和信源内阻均给定地情形下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关 .为了兼顾低噪声和高增益地要求，常采纳共发射极一共基极级联地低噪声放大电路 .1.1.2 主要功能随着通讯工业地飞速进展，人们对各种无线通讯工具地要求也越来越高， 功率辐射小、作用距

5、离远、掩盖范畴大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商地普遍追求，这就对系统地接收灵敏度提出了更高地要求，我们知道，系统接收灵敏度地运算公式如下：S=-174+ NF+10 BW+S/N由上式可见，在各种特定（带宽、解调S/N 已定）地无线通讯系统中，能有效提高灵敏度地关键因素就是降低接收机地噪声系数NF，而打算接收机地噪欢迎下载精品学习资源声系数地关键部件就是处于接收机最前端地低噪声放大器.低噪声放大器地主要作用是放大天线从空中接收到地柔弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需地信息数据，所以低噪声放大器地设计对整个接收机来说是至关重要地.1.1.3 主要应用领域低噪声放大器可以使接收机接受地

6、地柔弱信号放大，并降低噪声地干扰， 无失真地将信号放大传给下一级电路，是通信系统中重要地前端必备电路，因 此低噪声放大器广泛应用于微波通信、GPS 接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗及各种高精度测量系统等领域中，是现代IC 技术进展中必不行少地重要电路 .1.2 低噪声放大器地争论现状随着半导体器件地进展，低噪声放大器地性能不断提高，采纳 PHEMT 场效应晶体管地低噪声放大器地在 800MHz 频段噪声系数可达到 0.4dB,增益约17dB 左右， 1900MHz 频段噪声系数可达到 0.6 增益为 15dB 左右.微波晶体管是较晚开发地三电极半导体器件 ,由于其性能优越 .快速获得了广泛应用

7、.并不断地向高频率、大功率、集成化推动.基本作用是放大器，已基本上取代了参放 .部分地代替行数 .在其它电路中也可使用 ,如: 混频器 ,倍频器 ,振荡器 , 开关等. 目前,广泛应用及有前景地元件主要有以下五种.BJT 双极结晶体管是一般三极管向射频与微波频段地进展 .使用最多地等效电路模型是 Gummel-Poon模型，之后显现了 VBIC 模型， MEXTRAM 模型和Philips 模型.VBIC 模型是 Gummel-Poon模型地进展伸； MEXTRAM 模型零极点少，故比 Philips 模型收敛快 .MOSFET 金属氧化物场效应管在 2.5GHZ 以下频段应用地越来越多 .

8、双扩散金属氧化物半导体 DMOS 是 CMOS 晶体管向高频地进展 ,侧面双扩散金属氧化物半导体 LDMOS 器件是大功率微波放大器件 .SPICE 给出了双极型 CMOS 地非线性模型 Bi-CMOS, Bi-CMOS 模型包括了同一硅片上地 BJTs ,N 型 MOSFET 和 P 型 MOSFET.模型.MESFET 金属半导体场效应管是在 GaAs 基片上上同时实现肖特基势垒结和欧姆接触 .这是一个受栅极电压掌握地多数载流子器件 .这种器件地非线性模欢迎下载精品学习资源型 MESFET/HEMT 由几个闻名器件和软件厂商给出，仍在不断完善.HEMTPHEMT和 MHEMT 高电子迁移率

9、器件在很多场合下已经取代了MESFET 器件.1980 年提出地这种器件，近几年来才有大量工程应用.PHEMT 是点阵匹配地伪 HEMT 器件， MHEMT是多层涂层结构地变形HEMT器件， MHEMT 器件进展潜力较大 .HBT 异质结双极结晶体管是为了提高 GaAs BJT 地发射效率于 1965 年提出，经受了漫长地进展工程，而 1985 年显现地 SiGe BJT 最大结温 Tj,max 仅为155出现出良好地微波特性 .自 1988 年以来，微波半导体器件地性能得到了迅猛地进展，增益高，噪声低，频率高，输出功率大.技术地进步，模型地完整使得PHEMT 器件成为2GHz 无线电系统地主

10、力器件 .不断显现地新材料带来微波器件材料日新月异进展.SiC 和 GaN 地创造已经使得 FET 实现大高功率器件， N 沟道 MOSFET 有望担纲 60GHz 器件.低噪声微波放大器（ LNA ）已广泛应用于微波通信、GPS 接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度地微波测量系统中，是必不行少地重要电路.微波晶体管放大器仍在向更高工作频率、低噪声、宽频带、集成化和标准化进展 .1.3 本试验报告地主要争论内容和内容支配本试验报告地将基于 ADS 仿真设计低噪声放大器，并优化电路结构，最终设计出符合各项指标基于 ATF54143 场效应管地低噪声放大器 .本文

11、争论地主要内容支配如下：分析一般低噪声放大器地基本结构和各项基本指标，低噪声放大器地一般设计过程 .挑选本文设计地低噪声放大器地晶体管，并初步设计低噪声放大器地匹配网络和偏置电路，稳固性地解决方法.利用 ADS 软件仿真设计低噪声放大器，并完成电路图地设计.欢迎下载精品学习资源二、 低噪声放大器地原理分析与争论2.1 低噪声放大器地基本结构低噪声放大器由输入匹配网络、微波晶体管放大器和输出匹配网络组成.低噪声放大器基本结构结构图，如图2.1 所示.欢迎下载精品学习资源输入匹配网络微波晶体管放大器输出匹配网络欢迎下载精品学习资源图 2.1 低噪声放大器地基本结构输入匹配网络和输出匹配网络作为放大

12、器地匹配电路，用于实现放大器地正确源匹配和共轭匹配 .一般采纳电感，电容或微带线来完成匹配电路.晶体管是放大器地核心器件，全部地外部电路都是为了实现晶体管地更好地发挥功能，实现放大器地低噪声，合适地增益和稳固性.2.2 低噪声放大器地基本指标低噪声放大器地二端口网路地基本结构图，如图2.2 所示.欢迎下载精品学习资源VSWR inVSWR out欢迎下载精品学习资源outin5050欢迎下载精品学习资源输 入 匹配网络晶体 管放大器输出匹配网络欢迎下载精品学习资源图 2.2 二端口网络结构图2.2.1 噪声系数噪声系数地定义为放大器输入信噪比与输出信噪比地比值，即：欢迎下载精品学习资源NF=S

13、in SoutNinNout 1）（ 2-欢迎下载精品学习资源对单级放大器而言，其噪声系数地运算为：欢迎下载精品学习资源NF min4 R2sopt22（ 2-2 ）欢迎下载精品学习资源1-s1opt其中 Fmin 为晶 体管 最小 噪声系数， 是 由放大器 地管子 本身打算地， opt 、Rn 和s分别为获得 Fmin 时地正确源反射系数、晶体管等效噪声电阻、 以及晶体管输入端地源反射系数 .对多级放大器而言，其噪声系数地运算为：NF=NF1+NF -1/G1+NF -1/G1G + （ 2-3）其中NFn为第n级放大器地噪声系数， Gn 为第n级放大器地增益在某些噪声系数要求特别高地系统，

14、由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不便利，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数地换算关系为：Te = T0 NF1 （2-4 ）其中Te 为放大器地噪声温度， T0 =2900 K ， NF为放大器地噪声系数 .NFdB = 10LgNF（ 2-欢迎下载精品学习资源5）2.2.2 增益放大器地增益定义为放大器输出功率与输入功率地比值：G=Pout / Pin2-6从2-3地运算公式中可见，提高低噪声放大器地增益对降低整机地噪声系数特别有利，但低噪声放大器地增益过高会影响整个接收机地动态范畴.所以， 一般来说低噪声放大器地增益确定应与系统地整机噪声系数、接收机动态范畴等结合起来考虑 .2.2

15、.3 输入输出驻波比低噪声放大器地输入输出驻波比表征了其输入输出回路地匹配情形，我们在设计低噪声放大器地匹配电路时，输入匹配网络一般为获得最小噪声而设计为接近正确噪声匹配网络而不是正确功率匹配网络，而输出匹配网络一般是为获得最大功率和最低驻波比而设计，所以，低噪声放大器地输入端总是存在某种失配.这种失配在某些情形下会使系统不稳固，一般情形下，为了减小放大器输入端失配所引起地端口反射对系统地影响，可用插损很小地隔离器等其他措施来解决.输入输出驻波比运算公式：欢迎下载精品学习资源1lVSWR=1l2-7欢迎下载精品学习资源2.2.3 反射系数欢迎下载精品学习资源放射系数是端口输入电压与输出电压地比

16、值，表达公式为：= uu2-8欢迎下载精品学习资源当 s =时op，t 放大器地噪声系数最小， NF=NFmin ，但此时从功率传输地角度来看，输入端是失配地，所以放大器地功率增益会降低，但有些时候为了获得最小噪声，适当地牺牲一些增益也低噪声放大器设计中常常采纳地一种欢迎下载精品学习资源方法.2.2.4 放大器地动态范畴（ IIP3）在低噪声放大器地设计中，应充分考虑整个接收机地动态范畴，以免在接 收机后级造成严峻地非线性失真，一般应挑选低噪声放大器地输入三阶交调点 IIP3 较高一点，至少比最大输入信号高30dB，以免大信号输入时产生非线性失真.除以上各项外，低噪声放大器地工作频率、工作带宽

17、及通带内地增益平整度等指标也很重要，设计时要仔细考虑.2.3 低噪声放大器设计设计地基本原就2.3.1 低噪声放大管地挑选原就对微波电路中应用地低噪声放大管地主要要求是高增益和低噪声以及足够地动态范畴，目前双极型低噪声管地工作频率可以达到几个千兆噪声系数为几个分贝，而砷化镓小信号地场效应管地工作频率更高，噪声系数可在1 分贝以下.我们在选取低噪声放大器管通常可以从以下几个方面进行考虑：1） 微波低噪声管地噪声系数足够小工作频段足够高，晶体管地 fT 一般要比工作频率高 4 倍以上，现在 PHEMT 场效应管地噪声系数在 2GHz 可在 0.5dB 左右，工作频率高端可达到 6GHz.2）微波低

18、噪声管要有足够高地增益和高地动态范畴,一般要求放大器工作增益大于 10dB 以上, 当输入信号达到系统最大值时由放大器非线性引起地交调产物小于系统本底噪声，对于ZXPCS 大基站工程由于最大输入信号小于- 44dBm，考虑到放大器 13dB 左右增益，我们选取了 ATF34143 场效应管它地增益可达 15dB， OIP3 为 30dBm 左右.2.3.2 输入输出匹配电路地设计原就对于单级晶体管放大器地噪声系数，可以将表达式欢迎下载精品学习资源NF min4R2sopt222-9欢迎下载精品学习资源1-s1opt化成一个圆地表达式，即等噪声系数圆.圆上每一点代表一个能产生恒定噪声系数 NF

19、地源反射系数 .如要获得需要地噪声系数，只要在圆图上画出对应于这个噪声系数地圆，然后将源阻抗匹配到这个圆上地一个点就行了.实际设计中由于要兼顾到放大器地增益，通常我们不取最小噪声系数.在对放大器进行单项化设计时（假定 S120），转移功率增益 GT 可以由如下公式表示：GT=G0G1G2（ 2-11）欢迎下载精品学习资源其中 G0=2S111， G1 =2112 ，G2=222 ，对于特定地晶体管欢迎下载精品学习资源11S1112S22S11、S22 是确定地，不同地源反射系数 1和负载反射系数 2，可以构成恒定增益圆，设计时只须将源和负载反射系数分别匹配到相应地圆上，便能得到相应地增益 .将

20、恒定增益圆与等噪声系数圆结合起来设计，便能得到比较抱负地结果.另外设计中仍要留意增益平整设计主要是高端共轭匹配，低端校正，一般仍需在多个中间频率上进行增益规定性校验，在高频应用时由于微波晶体管本身地增益一般随着频率地上升而降低，为了保证电路在低频率段地增益恒定和稳固性可以考虑在输入输出端采纳高通匹配方式.在以上地争论中我们忽视了晶体管地反向传输系数，实际中微波场效应晶体管和双极性晶体管都存在内部反馈，微波管地S12 就表示内部反馈量，它是电压波地反向传输系数 .S12 越大，内部反馈越强，反馈量达到肯定强度时， 将会引起放大器稳固性变坏，甚至产生自激振荡.微波管地 S21 代表电压波地正向传输

21、系数，也就是放大倍数 .S21 越大，就放大以后地功率越强 .在同样地反馈系数 S12 地情形下， S21 越大当然反馈地功率也越强，因此S21 也影响放大器地稳固性 . 一个微波管地射频肯定稳固条件是：2221- S11- S22欢迎下载精品学习资源12）（ =|S11*S22-S12*S21| ）（ 2-S S21221欢迎下载精品学习资源2S111S12S21 ，2S221S12S21欢迎下载精品学习资源K 称为稳固性判别系数， K 大于 1 是稳固状态，只有当式中地三个条件都满意时，才能保证放大器是肯定稳固地 .实际设计时为了保证低噪声放大器稳固工作仍要留意使放大器躲开潜在不稳固区 .

22、为改善微波管自身稳固性，有以下几种方式：1） 串接阻抗负反馈在 MESFET 地源极和地之间串接一个阻抗元件，从而构成负反馈电路.对于双极晶体管就是在发射极经反馈元件接地.在实际地微波放大器电路中，电路 尺寸很小，外接阻抗元件难以实现，因此反馈元件常用一段微带线来代替，它相当于电感性元件地负反馈 .2） 用铁氧体隔离器铁氧体隔离器应当加在天线与放大器之间，假定铁氧体隔离器地正向功率0衰减微为 a，反向功率衰减为 b，且 a31， b1.就 G0 为加隔离器前地反射系数， G 为加隔离器后地反射系数 .用以改善稳固性地隔离器应当具有地特性是：(1) 频带必需很宽，要能够掩盖低噪声放大器不稳固频率

23、范畴；(2) 反向隔离度并不要求太高；(3) 正向衰减只需保证工作频带之内有较小衰减，以免影响整机噪声系数，而工作频带外，就没有要求 .(4) 隔离器本身端口驻波比要小 . 3）稳固衰减器P型阻性衰减器是一种简易可行地改善放大器稳固性地措施，通常接在低 噪声放大器末级输出口，有时也可以加在低噪声放大器内地级间，由于衰减器 是阻型衰减，不能加在输入口或前级地级间，以免影响噪声系数.在不少情形下，放大器输出口潜在不稳固区较大，在输出端加P 型阻性衰减器，对改善稳固性相当有效 .欢迎下载精品学习资源三、低噪声放大器地设计3.1 放大器设计地主要流程挑选晶体管 S 参数，噪声参数，功率运算 K 值K1

24、 运算增在 TS 和 TL 平面内画出在稳固区令增益Gma，在f 2假设 S12=0，在频率画出 TS和 TL 多频率地变化曲否是否设计直流偏置电路，在检验稳支配整个放大器电路否否核实可实现性是支配光刻欢迎下载精品学习资源3.2 低噪声放大管地挑选低噪声放大器 LNA 是射频微波电路接收前端地主要部分，由于他位于接收机地最前端，要求他地噪声越小越好，但又要求有肯定地增益，最小噪声和最大增益一般不能同时满意，猎取最小噪声和最大功率是冲突地，一般电路设计总是挑选折中地方案来达到设计地要求，以牺牲肯定地增益来获得最小噪 声，而在射频微波通信电路中，需要处理柔弱地射频微波信号，因此，争论合适地低噪声放

25、大器电路地设计具有特别实际地意义.对微波电路中应用地低噪声放大管地主要要求是高增益和低噪声以及足够地动态范畴，目前双极型低噪声管地工作频率可以达到几个千兆噪声系数为几个分贝，而砷化镓小信号地场效应管地工作频率更高，噪声系数可在1 分贝以下.我们在选取低噪声放大器管通常可以从以下几个方面进行考虑：1） 微波低噪声管地噪声系数足够小工作频段足够高，晶体管地 fT 一般要比工作频率高 4 倍以上，现在 PHEMT 场效应管地噪声系数在 2GHz 可在 0.5dB 左右，工作频率高端可达到 6GHz.2） 微波低噪声管要有足够高地增益和高地动态范畴,一般要求放大器工作增益大于 10dB 以上, 当输入

26、信号达到系统最大值时由放大器非线性引起地交调产物小于系统本底噪声，对于ZXPCS 大基站工程由于最大输入信号小于- 44dBm，考虑到放大器 13dB 左右增益，我们选取了 ATF34143 场效应管它地增益可达 15dB， OIP3 为 30dBm 左右.安捷 伦公 司地 ATF54143 是一 种增 强型 伪高 电子 迁移 率晶 体管 E-pHEMT ，不需要负栅极电压，与耗尽型管相比较，可以简化排版而且削减零件数，该晶体管最显著地特点是低噪声，并具有高增益、高线性度等特性，他特殊适用于工作频率范畴在450 MHz 6 GHz 之间地蜂窝 PCSwCDMA基站、无线本地环路、固定无线接入和

27、其他高性能应用中地第一阶和其次阶前段低噪声放大器电路中 .本设计采纳安捷伦公司地ATF54143，ATF54143 是一种增强型伪高电子迁移率晶体管 E-pHEMT ，具有噪声低，增益高，线性范畴大等特点，是做2GHz 频率低噪声放大器地很好地挑选.查阅 ATF54143 地 data sheet文件可知它欢迎下载精品学习资源地封装模型：与典型地 D-pHEMT 不同,ATF45143 并不需要在门级上加负电压偏置 , 而是在门级加正电压偏置 .因此,atf54143 地偏置电路更像是双极型晶体管地偏置电路 . 但是与一般地双极型晶体管不同 ,它地偏置电压不是 0.7v,而是工作在大约 0.6

28、v. 其封装模型如图 3.1 所示.图 3.1 ATF54143地封装模型ATF54143 地特点：1. 高线性度2. 增强型技术3. 低噪声系数4. 优异地稳固性5. 800 微 M 栅极宽度6. 低成本地表面小封装 SOT_3437. 带盘式包装挑选在本设计中选用地典型工作点为： VDS=3V,IDS=60mA.3.3 稳固性运算2221- S11- S22欢迎下载精品学习资源稳固判别公式：（ =|S11*S22-S12*S21| ） （3-1）S S21221欢迎下载精品学习资源查看 Data sheet 运算出在 f=2.017GHz 邻近时地 K 值，此时管子地 S 参数如欢迎下载精

29、品学习资源下：S11=-0.603-j*0.119 S12=0.052+j*0.034 S21=2.135+j*6.936 S22=-0.075-j*0.145K=0.812 ， K1 ， 可 知 该管 子在 该频 率附 近 不 是 肯定 稳 定 地， 由于AFT54143 在工作频段内不是肯定稳固地，为了提高放大器地稳固性，可以在输出端并联一个100 地电阻.为确保 ATF54143 在尽可能宽地频带内保持稳固，这里实行源极引入串联感性反馈地方法，电感采纳一段很细地微带线来代替.在源极串联电感后，可以增加晶体管双端口网络输入阻抗地实部，而虚部基本保持不变，使其逐步与正确噪声匹配地阻抗重合；另

30、一方面，增加一个无源元件不会使晶体管地噪声性能恶化其反馈量对于带内带外地电路增益、平稳性和输入输出回波损耗有着庞大地作用 .在实际电路源端电感要做适量地调剂 .放大器 PCB 板地设计考虑到源端地电感量是变化地 .当每个源端与微带相连时，沿着微带线地任何一点都可以连接到地端，要得到最低地电感值，只需在距元件源端最近地点上将源端焊盘与地端 相连，并只有特别短地一段蚀刻 .放大器地每一段源端蚀刻与相应地地端相连地长度大约有0 05 英寸是从源端边缘与其最近地第一个地过孔边缘间测得，剩余并末使用地源端蚀刻可切断除去.通常，过大地源极电感量值所带来地边缘效应表现为超高频端地增益值显现峰化及整体地合成振

31、荡.为防止这种情形，在初始 LNA 地设计原型阶段，尽量精确地确定源端电感地量值，并且仿真中也要调剂源端电感量地大小，找出最优值优化LNA 性能.3.4 输入输出匹配电路电路设计射频输入端匹配在低噪声放大器设计中通常都起着关键性地作用.其不仅仅被用于获得低地噪声系数，同时它仍可以用于获得更高地IIP3 ，更高地增益以及输入回波损耗 .另外，由于在某些收发信机系统中在低噪声放大器前面通常会有一个滤波器，差地低噪声放大器输入回波损耗会恶化滤波器地性能，从而影响整个系统地性能 .因此，输入端匹配地目地就是在保持较好地增益和IIP3 地欢迎下载精品学习资源同时猎取更好地回波损耗和噪声系数 .由于 AT

32、F54143 管子在工作频带内地良好地低噪声系数性能，在NF0.8dB 条件下可以在设计输入匹配中选用共轭匹配，所以在本低噪声放大器中选用共轭匹配地输入网路.输出匹配网络一般是为获得最大功率和最低驻波比而设计，故在次设计中我们采纳输出共轭匹配网络 .3.5 偏置电路射频有源电路通常都需要供应直流供电网络，使射频有源器件能工作在特定地电压电流下，在晶体管放大电路中，偏置电路为晶体管供应合适地静态工作点，假如偏置电路设计不当，会影响电路地功率增益、噪声系数，甚至会导致放大电路地不稳固 .安捷 伦 公司 地 ATF54143 是 一种 增强 型 伪高 电 子 迁移 率 晶 体管 E-pHEMT ，不

33、需要负栅极电压，与耗尽型管相比较，可以简化排版而且削减零件数，在此设计中栅极和漏极采纳同一电源供应工作电压 .直流偏置电路为放大器供应合适地电压和电流，使得晶体管工作于要求地静态工作点，并在晶体管参数和温度变化地范畴内，保持静态工作点地恒定.依据器件特性挑选正确条件，这里选取ATF54143 地典型直流工作点参数： Vds=3V ， Ids=60mA；偏置地方式采纳了电阻偏置，它有较好地温度稳固性.其中 Vdc 是馈电电压，其值选5V；Vds 是 ATF54143 地漏源工作电压，大小为3V； Ids 是 ATF54143 静态工作点所需地漏极电流，大小为60mA. 当 Vgs=0V， 漏极只

34、有少量地电流通过，只有当VgsVto （栅极门电压）时漏极才有电流通过.当 Vds=3V， Vgs=0.6V 时，漏极电流约60mA. 在 data sheet中已经标出最小和最大地 Vgs 电压 . 通过电路分压， 从馈 电电 压 Vdc 分别 使 Vds=3V ， Vgs=0.6V，实现 ATF54143 工作于工作点 .3.6 电路中需要留意地一些问题在低噪声放大器地设计中，应充分考虑整个接收机地动态范畴，以免在接 收机后级造成严峻地非线性失真，一般应挑选低噪声放大器地输入三阶交调点 IIP3 较高一点，至少比最大输入信号高30dB，以免大信号输入时产生非线性失欢迎下载精品学习资源真.在

35、以上地争论中我们忽视了晶体管地反向传输系数，实际中微波场效应晶体管和双极性晶体管都存在内部反馈，微波管地S12 就表示内部反馈量，它是电压波地反向传输系数 .S12 越大，内部反馈越强，反馈量达到肯定强度时，将会引起放大器稳固性变坏，甚至产生自激振荡.微波管地 S21 代表电压波地正向传输系数，也就是放大倍数 .S21 越大，就放大以后地功率越强.在同样地反馈系数 S12 地情形下， S21 越大当然反馈地功率也越强，因此S21 也影响放大器地稳固性.一般对于低噪声放大器采纳高Q 值地电感完成偏置和匹配功能，由于电阻会产生附加地热噪声，放大器地输入端应尽量防止直接连接到偏置电阻上.用于低噪声放

36、大器地印制板应具有损耗小，易于加工，性质稳固地特点， 材料地物理和电气性能匀称（特殊是介电常数和厚度），同时对材料地表面光洁度有肯定要求，通常我们可以采纳以FR-4（介电常数 45 之间），为基片地板材，如电路要求较高可采纳以氧化铝陶瓷等材料为基片地微波板材，在PCB 布板中就要考虑到邻近相关电路地影响，留意滤波、接地和外电路干扰问题设计中要满意电磁兼容设计原就 .四、设计目标本实例采纳地是高电子迁移率晶体管ATF54143 芯片进行低噪声放大器设计.设计目标如下：工作频率 2.42.5GHz ISM 频段噪声系数 NF15VSWRin1.5,VSWRout1.5欢迎下载精品学习资源五、 AD

37、S 软件仿真设计和结论5.1 ADS 仿真设计5.1.1 直流分析 DC TRacing设计 LNA 地第一步是确定集体管地直流工作点 .图 5.1.1 直流偏置曲线由上图可知，在 2GHz 时，当 V=2v 且 I=20mA 时， F 接近最小值 .增益约为16dB，因此就把该点作为晶体管地直流工作点.5.1.2 偏置电路地设计设置好偏置工作点后，我们得到电路原路图如下：欢迎下载精品学习资源图 5.1.2 偏置电路原理图从上图可知， R2 和 R4 地电阻值不是常规标称值，它们仅仅是理论运算地结果.后面会用相近地常规标称值电阻代替 .5.1.3 稳固性分析进行 S 参数设计地仿真，需要添加很多地控件.另外，放大器地直流和沟通通路之间要添加射频扼流电路，它实际上是一个无源低通电路，使直流信号能够传输到晶体管引脚 .详细地电路由于集成到总电路里面，这里地相关电路最终给出结果 .在此时，整个电路在低频端不稳固，并且低频段地增益仍是比较高，实际电路中可能会引起自激振荡，解决此问题地方法就是用较小地截止阻抗.5.1.4 噪声系数园和输入匹配我们第一观看该频段上地噪声系数：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源m3freq= 1.680GHz NFmin=0.3543.53.0