ANSOFT HFSS天线设计论文46篇41VIP

Ansoft2004 年用户通讯 - 133 - 平衡低噪声放大器的优化设计平衡低噪声放大器的优化设计 徐沛虎 葛亚芬 孙厚军 北京理工大学微波通信试验室 邮编：100081 摘要摘要 本文以 Ansoft 公司的 serenade 8.71 仿真软件为工具，实现了 24GHz 的平衡低噪声放大 器的优化设计，在实际过程中还详细介绍了 3Db 移相功分器的设计，最终获得了满足指标的低噪声放大 器。 关键词关键词 低噪声放大器 3db 移相功分器 1. 引言引言 低噪声放大器一般处于接收机的前端，主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调 出所需的信息数据，所以 LNA 的设计对整个接收机是至关重要的，它的的性能的好坏直接影响整机的性能，尤其是接收机 灵敏度。系统接收灵敏度的计算公式如下： S= -174+ NF+10 BW+S/N min 可见，在各种无线通讯系统中，有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数 NF，而决定接收机 NF 的关键部件 就是 LNA。 Ansoft 公司的 serenade 仿真软件是设计微波、射频电路的好工具，其功能完备、操作简单，诸如匹配电路的设计， 线宽的计算都很易实现。本文利用 serenade 很好地实现了工作频带为 2.2-4GHz,噪声系数小于 2db,输入、输出驻波比小 于 3，增益平坦度为2db 的低噪声放大器，由于频带宽所以采用了平衡放大结构，在此过程中又对所需的 90 度移相器进 行了设计。 2. 平衡低噪声放大器的设计理论平衡低噪声放大器的设计理论 低噪声放大器的技术指标有噪声系数， 增益、 增益平坦度、 工作频段、 输入输出驻波比。电路设计时选择 BJT 还是 FET 取决于应用。例如在射频 接收机前端，噪声系数特别重要，而在其它场合，功率增益和输出功率更 重要， 所以采用具有小的噪声的 FET 管子。 由于平衡放大器比单端放大器具有更好的稳定性和输入输出回波损 耗，所以采用如图结构。 在各个分支低噪声放大器的设计中，采用一般的设计方法，电路结构图如下： 在这个电路中为了得到较好的噪声系数，输入匹配电路按照最小噪声系数来匹配但也要兼顾到第一级放大器的增益， 因为在系统中总的噪声系数取决于第一级的最小噪声系数和增益的大小，第一级的噪声系数越小，增益越大就会得到较好 的低噪声放大器。对于输出电路采用共轭匹配结构，这也可实现较大的增益。 由于场效应管都存在内部反馈，当反馈量达到一定的强度后，将会引起放大器稳定性的的变坏而导致自激，这在电路 中是不容许的，所以设计前要考察电路的稳定性。如果不稳定必须采用稳定电路。 当放大器的输入和输出端的反射系数的模都小于 1（即 12, 11 necessary suficient 放大器在L输入平面上绝对稳定的充分必要条件为 1 02 necessary suficient 在多级低噪声放大器的设计中，第一级和第二级都采用最低噪声匹配，如果还有后级，后级按最大增益来匹配，级间 也要采用匹配电路。 3. 用用 Serenade 8.71 软件进行平衡低噪声放大器的设计软件进行平衡低噪声放大器的设计 3.1 设计指标设计指标 噪声系数2db 增益 G : 20db 工作频带 B: 2GHz-4GHz 带内平坦度：2db 输入输出驻波比小于 3 输入输出阻抗 50oh 3.2 3db 移相功分器的设计移相功分器的设计 它的电路结构图： 用 Serenade 8.71 中的传输线计算工具得到 50ohm 阻抗的线宽为 2.1275mm,70.7ohm 阻 抗 的 线 宽 为 1.24782mm, 四 分 之 一 波 长 为 17.3049mm. 用 serenade 设计优化的电路图如下： Partners In Design Ansoft2004 年用户通讯 - 135 - 3.3 器件的选择器件的选择 电路设计时选择 BJT 还是 FET 取决于应用。例如在射频接收机前端，噪声系数特别重要，而在其它场合，功率增益和 输出功率更重要， 所以采用具有小的噪声的 FET 管子。在本设计中采用了选用 hp 的 f361632a. 3.4 放大器的设计放大器的设计 3.4.1 稳定性的判决稳定性的判决 电路和稳定判决圆如下图所示： 由图可看出电路不绝对稳定。改善后的电路和稳定判决圆如下： 3.4.2 输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 打开 Smith Tool,画出电路的一系列等噪声系数圆和等增益圆，在这里取等噪声圆 0.53db,等增益圆为 13.51。取其 切点，用来生成输入匹配电路。 Smith Tool 提供了很多元件来供设计师来做匹配网络，比如 Smith Tool 提供了很多元件来供设计师来作匹配网络， 比如串/并联电阻、电容、电感、传输线、短路线、变压器等，通过“Matching”对话框的匹配工具，从输入端(原点)匹 配至该点，最后生成输入端的匹配电路。 3.4.3 输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 源匹配点-镜像点-共轭点-原点 Partners In Design - 136 - Ansoft2004 年用户通讯 3.4.4 加加 3db 移相功分器后的二级平衡低噪声放大电路移相功分器后的二级平衡低噪声放大电路 仿真优化结果为 由图可知用 serenade 8.71 能很好实现满足指标的平衡放大器。 参考书目： 参考书目： 1、 言