基于ADS的低噪放大器設(shè)計

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1、xxx研究生射頻電路課程報告基于ADS的低噪放大器設(shè)計學(xué)生：xxx學(xué)號：xxx指導(dǎo)教師：xxx專業(yè)：電子與通信工程Xxxxxx二O一三年十一月15目錄目錄11引言21.1低噪聲放大器設(shè)計理論21.2低噪聲放大器設(shè)計步驟21.3本次設(shè)計主要性能指標(biāo)21.4小結(jié)32低噪聲放大器設(shè)計42.1晶體管的選擇和下載42.2直流分析42.3偏置電路的設(shè)計52.4穩(wěn)定性分析62.5噪聲系數(shù)圓和輸入匹配82.6最大增益的輸出匹配122.7匹配網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)142.8原理圖仿真152.9小結(jié)15151引言1.1低噪聲放大器設(shè)計理論低噪聲放大器的設(shè)計目標(biāo)就是在選擇適當(dāng)?shù)木w管后，通過設(shè)計合適的輸入輸

2、出匹配網(wǎng)絡(luò)來達到極低的噪聲系數(shù)的同時獲得一定的增益，通常在設(shè)計中采用折中的方案來達到設(shè)計要求。在LNA的設(shè)計中，需要考慮的最重要的幾個因素如下：放大器的穩(wěn)定性：設(shè)計射頻放大器時，必須優(yōu)先考慮電路穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是指放大器抑制環(huán)境變化維持正常工作特性的能力。在設(shè)計中，絕對穩(wěn)定系數(shù)K必須大于1，放大器才能達到絕對穩(wěn)定。放大器的功率增益：對輸入信號進行放大是放大器最重要的任務(wù)，因此在放大器的設(shè)計中增益指標(biāo)的完成很是重要，而我們通常所說的增益主要指轉(zhuǎn)換功率增益G。放大器輸入輸出駐波比：駐波比反映了信源與晶體管及晶體管與負載之間的失配程度，所以設(shè)計時要求駐波比要保持在特定指標(biāo)之下。放大

3、器的噪聲：對放大器來說，噪聲的存在對整個設(shè)計有重要影響，在低噪聲的前提下對信號進行放大是對放大器的基本要求。1.2低噪聲放大器設(shè)計步驟晶體管的選擇、下載與安裝；直流分析；偏置電路設(shè)計；穩(wěn)定性分析；噪聲系數(shù)圓和輸入匹配；匹配網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)；原理圖仿真。1.3本次設(shè)計主要性能指標(biāo)中心頻率fo=5.8GHz；帶寬B=300MHz；增益G=15dB；噪聲系數(shù)Nf小于等于3dB；Zin=Zout=50Ω。151.4小結(jié)本次對低噪聲放大器的設(shè)計，使用Agilent公司的高級設(shè)計軟件ADS2009仿真，首先確定了ATF35176晶體管的靜態(tài)工作點，得到晶體管ATF35176在直流偏置情況下的

4、小信號電路的模型，然后設(shè)計了一個在中心頻率為5.8GHz滿足指標(biāo)要求的低噪聲放大器。152低噪聲放大器設(shè)計2.1晶體管的選擇和下載低噪聲放大器的性能取決于有源器件的噪聲特性和匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。HP公司的ATF35176是一種低噪聲砷化鎵PHEMT器件，在理想的工作點下，在12GHz以下噪聲系數(shù)為0.75dB以下，是一款適用于工作在2~18GHz的低噪聲放大器，所以本設(shè)計選擇了此種晶體管。另外考慮放大器的增益指標(biāo)，由于ATF35176單級增益可以達到為18dB，而本設(shè)計要求增益達到15dB，所以只需要單級電路就可以達到指標(biāo)。ADS2009自帶的元器件庫里含有ATF35176元器

5、件模型，不需要下載和安裝。2.2直流分析設(shè)計第一步是確定晶體管的直流工作點，根據(jù)ATF35176的datasheet設(shè)置DC_FET控件的參數(shù)，連接原理圖后進行仿真。從ATF35176的數(shù)據(jù)手冊可以得到噪聲Vds和Ids的關(guān)系，從而確定靜態(tài)工作點。在6GHz時，當(dāng)Vds=3V且Ids=20mA時，此時增益大約為16dB，能滿足設(shè)計要求，那么晶體管的直流工作點就設(shè)為Vds=3V，ds=20mA。圖2.1ATF35176的datasheet圖2.2直流分析原理圖15圖2.3ATF35176的直流特性2.3偏置電路的設(shè)計創(chuàng)建一個新的原理圖，在原理圖中放入ATF35176的模型和D

6、A_FETBias控件，選擇TransistorBiasUtility設(shè)置偏置電路的屬性。仿真后有三個偏置電路可以選擇。有兩個網(wǎng)絡(luò)里面，晶體管的源極是有電阻的，但通常低噪放大器的設(shè)計中，源級只接反饋電感（微帶線），所以選用第一個偏置網(wǎng)絡(luò)。選定網(wǎng)絡(luò)后，得到了偏置子電路，按照子電路畫出偏置原理圖，其中偏置子電路中一些電阻值不是常規(guī)標(biāo)稱值，僅是理論計算結(jié)果，用相近的常規(guī)標(biāo)稱值代替。圖2.4偏置電路原理圖圖2.5偏置子電路15圖2.6完成后的偏置電路原理圖2.4穩(wěn)定性分析1.進行S參數(shù)的仿真，添加控件Term、StabFact、MaxGain。放大器的直流和交流之間的通路要添加射頻

7、直流電路，它的實質(zhì)是一個無源低通電路，使直流偏置信號能傳輸?shù)骄w管引腳，而晶體管的射頻信號不能進入直流通路，在這里先用【DC_Feed】直流電感代替。同時，直流偏置信號不能傳到兩端的Term，需加隔直電容，【DC_Block】隔直電容代替。圖2.7加入理想直流扼流和射頻扼流的原理圖15圖2.8最大增益和穩(wěn)定系數(shù)曲線仿真結(jié)束后，顯示MaxGain1和Stabfact1兩個圖表中觀察，從圖2.8我們可以看出，在5.8GHz時，最大增益為18.042dB，穩(wěn)定系數(shù)為K=0.646，絕對穩(wěn)定系數(shù)K＜1，說明電路不穩(wěn)定。2.