基于ADS的低噪声放大器设计与仿真毕业论文

1、毕业论文基于 ADS的低噪声放大器设计与仿真一、实验背景和目的 4矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。1.1 低噪声放大器 4聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.1.1 概念 4残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.1.2 主要功能 4酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.1.3 主要应用领域 5彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.2 低噪声放大器的研究现状 5謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.3 本实验报告的主要研究内容和内容安排 6 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。二、 低噪声放大器的原理分析与研究 7茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2.1 低噪声放大器的基本结构 7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.2 低噪声放大器的基本指标 7籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.2.1噪声系数 8預頌圣鉉

2、儐歲龈讶骅籴。2.2.2增益 9渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2.2.3输入输出驻波比 9铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。2.2.3反射系数 9擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2.2.4放大器的动态范围（IIP3） 10贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.3 低噪声放大器设计设计的基本原则 10坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.3.1低噪声放大管的选择原则 10蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.3.2 输入输出匹配电路的设计原则 1 1 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。三、低噪声放大器的设计 14綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3.1放大器设计的主要流程 14驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.2低噪声放大管的选择 16猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.3稳定性计算 17锹籁饗迳琐筆

3、襖鸥娅薔。3.4输入输出匹配电路电路设计 18構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.5偏置电路 19輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.6电路中需要注意的一些问题 19尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。四、设计目标 21识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。五、ADS 软件仿真设计和结论 22凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。5.1 ADS 仿真设计 22恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。5.1.1 直流分析 DC TRacing 22鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。5.1.2 偏置电路的设计 22硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。5.1.3稳定性分析 23阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。5.1.4噪声系数园和输入匹配 23氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。5.1.5最大增益的输出匹配 26釷鹆資贏車贖孙滅獅

4、赘。5.2 结论分析 31怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。需要仿真源文件，请在空间留言、设计的背景和目的1.1 低噪声放大器在无线通信系统中， 为了提高接受信号的灵敏度， 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的噪声系数。 谚辞調担鈧谄动禪泻類。1.1.1 概念低噪声放大器是噪声系数很低的放大器。 一般用作各类无线电接收机的高频 或中频前置放大器， 以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。 在放大微弱信号的 场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重， 因此希望减小这种噪声， 以 提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数 F 来表 示。理想放大器的噪声系数 F1（0

5、 分贝） ，其物理意义是输出信噪比等于输 入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、 场效应晶体管； 微波低噪声放 大器则采用变容二极管参量放大器 ，常温 参放的 噪声 温度 Te 可低于几十度 （绝对温度 ），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 放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与 晶体管的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的情况下， 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的要求， 常采用 共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。1.1.2 主要功能随着通讯工业的飞速

6、发展， 人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高， 功 率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的 普遍追求， 这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求， 我们知道，系统接收灵 敏度的计算公式如下： 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。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）的无线通讯系统中，能有 效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数 NF，而决定接收机的噪声 系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。 低噪声放大器的主要作 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，所以低

7、噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。 鶼渍螻偉阅 劍鲰腎邏蘞。1.1.3 主要应用领域低噪声放大器可以使接收机接受的的微弱信号放大， 并降低噪声的干扰， 无 失真的将信号放大传给下一级电路， 是通信系统中重要的前端必备电路， 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 技术发展中必不可少的重要电路。 纣忧蔣 氳頑莶驅藥悯骛。1.2 低噪声放大器的研究现状随着半导体器件的发展，低噪声放大器的性能不断提高，采用 PHEMT 场 效应晶体管的低噪声放大器的在 800MHz 频段噪声系数可达到 0.4dB,增益

8、约 17dB左右， 1900MHz 频段噪声系数可达到 0.6增益为 15dB左右。颖刍莖蛺饽亿顿裊 赔泷。微波晶体管是较晚开发的三电极半导体器件 ,由于其性能优越 .迅速获得了广 泛应用 .并不断地向高频率、大功率、集成化推进 .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,广泛应用及有前景的元件主要有以下五种 .濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。BJT 双极结晶体管是普通三极管向射频与微波频段的发展。 使用最多的等 效电路模型是 Gummel-Poon 模型，之后出现了 VBIC 模型， MEXTRAM 模型和

9、 Philips 模型。 VBIC 模型是 Gummel-Poon模型的发展伸； MEXTRAM 模型零极 点少，故比 Philips 模型收敛快。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。MOSFET 金属氧化物场效应管在 2.5GHZ 以下频段应用的越来越多。 双 扩散金属氧化物半导体 DMOS 是CMOS 晶体管向高频的发展 ,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 的非线性模型 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。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。MESFET 金

10、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控制的多数载流子器件。 这种器件的非线性模 型 MESFET/HEMT 由几个著名器件和软件厂商给出，还在不断完善。 赔荊紳谘侖驟 辽輩袜錈。HEMT(PHEMT 和 MHEMT) 高电子迁移率器件在很多场合下已经取代了 MESFET 器件。 1980 年提出的这种器件，近几年来才有大量工程应用。 PHEMT 是点阵匹配的伪 HEMT 器件， MHEMT 是多层涂层结构的变形 HEMT 器件， MHEMT 器件发展潜力较大。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。HBT 异质结双极结晶体管是为了提高 GaAs BJT

11、的发射效率于 1965年提 出，经历了漫长的发展工程，而 1985年出现的 SiGe BJT 最大结温 Tj,max 仅为 155呈现出良好的微波特性。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。自 1988 年以来，微波半导体器件的性能得到了迅猛的发展，增益高，噪声 低，频率高，输出功率大。技术的进步，模型的完整使得 PHEMT器件成为 2GHz 无线电系统的主力器件。 不断出现的新材料带来微波器件材料日新月异发展。 SiC 和 GaN的发明已经使得 FET实现大高功率器件， N 沟道 MOSFET有望担纲 60GHz 器件。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。低噪声微波放大器( LNA )已广泛应用于微波通信、 GPS

12、接收机、遥感遥 控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统 中，是必不可少的重要电路。微波晶体管放大器还在向更高工作频率、低噪声、 宽频带、集成化和标准化发展。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。1.3 本实验报告的主要研究内容和内容安排本实验报告的将基于 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 场效应管的低噪声放大器。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。本文研究的主要内容安排如下：分析一般低噪声放大器的基本结构和各项基本指标， 低噪声放大器的一般设计过程。选择本文设计的低噪声放大器的晶体管， 并初步设计低噪声放大器的匹配 网络和偏置电

13、路，稳定性的解决方法。利用 ADS 软件仿真设计低噪声放大器，并完成电路图的设计。低噪声放大器的原理分析与研究2.1 低噪声放大器的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。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。输出匹配网络输入匹配网络和输出匹配网络作为放大器的匹配电路， 用于实现放大器的最 佳源匹配和共轭匹配。 一般采用电感， 电容或微带线来完成匹配电路。 晶体管是 放大器的核心器件， 所有的外部电路都是为了实现晶体管的更好的发挥功能， 实 现放大器的低噪声，合适的增益和稳定性。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。2.2 低噪声放大器

14、的基本指标低噪声放大器的二端口网路的基本结构图，如图 2.2 所示VSWRinVSWRout50outSL50图 2.2 二端口网络结构图2.2.1 噪声系数噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即：2-1)NF= Sin NinSout Nout对单级放大器而言，其噪声系数的计算为：NF min 4Rs opt221- s 1 opt2-2)其中 Fmin为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的，opt、Rn 和s分别为获得 Fmin 时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、以及晶 体管输入端的源反射系数。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。对多级放大器而言，其噪声系数的计算为：2

15、-3)NF=NF1+(NF -1)/G1+(NF -1)/G1G + 其中NFn为第n级放大器的噪声系数， Gn 为第n级放大器的增益在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为：辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。Te = T0 ( NF 1 )(2-4)其中Te 为放大器的噪声温度， T0 =2900 K，NF为放大器的噪声系数。NF(dB) = 10LgNF(2-5)2.2.2 增益放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值：G=Pout / Pin(2-6)从(2-3) 的计算公式中可见，提高低噪声放大器的增益对

16、降低整机的噪声系 数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。所以， 一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、 接收机动态范围等 结合起来考虑。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。2.2.3 输入输出驻波比低噪声放大器的输入输出驻波比表征了其输入输出回路的匹配情况， 我们在 设计低噪声放大器的匹配电路时， 输入匹配网络一般为获得最小噪声而设计为接 近最佳噪声匹配网络而不是最佳功率匹配网络， 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，低噪声放大器的输入端总是存在某种失配。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。这种失配在某些情况下会使系统不稳定， 一般情况下， 为了减小

17、放大器输入 端失配所引起的端口反射对系统的影响， 可用插损很小的隔离器等其他措施来解 决。输入输出驻波比计算公式： 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。VSWR=1l1l(2-7)2.2.3 反射系数放射系数是端口输入电压与输出电压的比值，表达公式为：(2-8)当 s = opt 时，放大器的噪声系数最小， NF=NFmin ，但此时从功率 传输的角度来看， 输入端是失配的， 所以放大器的功率增益会降低， 但有些时候 为了获得最小噪声， 适当的牺牲一些增益也低噪声放大器设计中经常采用的一种 办法。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。2.2.4 放大器的动态范围( IIP3)在低噪声放大器的设计中， 应充分考虑整个接收机

18、的动态范围， 以免在接收 机后级造成严重的非线性失真， 一般应选择低噪声放大器的输入三阶交调点 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。 鳃 躋峽祷紉诵帮废掃減。除以上各项外， 低噪声放大器的工作频率、 工作带宽及通带内的增益平坦度 等指标也很重要，设计时要认真考虑。2.3 低噪声放大器设计设计的基本原则2.3.1 低噪声放大管的选择原则对微波电路中应用的低噪声放大管的主要要求是高增益和低噪声以及 足够的动态范围，目前双极型低噪声管的工作频率可以达到几个千兆噪声系数为 几个分贝，而砷化镓小信号的场效应管的工作频率更高， 噪声系数可在 1 分贝以 下。

19、 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。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) 微波低噪声管的噪声系数足够小工作频段足够高，晶体管的fT 一般要比工作频率高 4 倍以上，现在 PHEMT 场效应管的噪声系数在 2GHz 可在 0.5dB 左右，工作频率高端可达到 6GHz。 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。2) 微波低噪声管要有足够高的增益和高的动态范围 ,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的交调产物小于系统本底噪声，对于 ZXPCS 大基站项目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 ATF3414

20、3 场效应管它的增 益可达 15dB， OIP3为 30dBm 左右。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。2.3.2 输入输出匹配电路的设计原则对于单级晶体管放大器的噪声系数，可以将表达式s optNF min 4R 2 21- s2 1 opt 2(2-9)GT=G0G1G2化成一个圆的表达式， 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的源反射系数。如要获得需要的噪声系数，只要在圆图上画出对应于 这个噪声系数的圆， 然后将源阻抗匹配到这个圆上的一个点就行了。 实际设计中 由于要兼顾到放大器的增益， 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

21、益 GT 可以由如下公式表示： 钡嵐縣緱虜荣产涛 團蔺。2-11)2其中 G0= S11 ，G1 =对于特定的晶体1 12 ，G2= 1 2 21 1S111 2S22管 S11、S22 是确定的，不同的源反射系数 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的圆上， 便能得到相 应的增益。 将恒定增益圆与等噪声系数圆结合起来设计， 便能得到比较理想的结 果。另外设计中还要注意增益平坦设计主要是高端共轭匹配， 低端校正， 一般还 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的 增益一般随着频率的升高而降低， 为了保证电路

22、在低频率段的增益恒定和稳定性 可以考虑在输入输出端采用高通匹配方式。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。在以上的讨论中我们忽略了晶体管的反向传输系数，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，微波管的 S12 就表示内部反馈量，它是 电压波的反向传输系数。 S12 越大，内部反馈越强，反馈量达到一定强度时，将 会引起放大器稳定性变坏，甚至产生自激振荡。微波管的 S21 代表电压波的正向 传输系数，也就是放大倍数。 S21 越大，则放大以后的功率越强。在同样的反馈 系数 S12的情况下， S21越大当然反馈的功率也越强， 因此 S21 也影响放大器的稳定性。 一个微波管的射频绝对稳定条件是： 謾饱

23、兗争詣繚鮐癞别瀘。2 2 21- S11 - S222 S12 S21 =|S11*S22-S12*S21| )2-12)22S11 1 S12 S21 ， S22 1 S12S21K 称为稳定性判别系数， K 大于 1 是稳定状态， 只有当式中的三个条件都满足时，才能保证放大器是绝对稳定的。 实际设计时为了保证低噪声放大器稳定工 作还要注意使放大器避开潜在不稳定区。 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。为改善微波管自身稳定性，有以下几种方式：1)串接阻抗负反馈在 MESFET 的源极和地之间串接一个阻抗元件， 从而构成负反馈电路。 对于双极晶体管则是在发射极经反馈元件接地。 在实际的微波放大器电路中， 电

24、 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 相当于电感性元件的负反馈。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。2) 用铁氧体隔离器铁氧体隔离器应该加在天线与放大器之间， 假定铁氧体隔离器的正向功率衰减微为 ，反向功率衰减为 ，且 1， 1。则 0麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。0 为加隔离器前的反射系数， 为加隔离器后的反射系数。用以改善稳定性的隔离器应该具有的特性是：(1) 频带必须很宽，要能够覆盖低噪声放大器不稳定频率范围；(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，则没有要求納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。(4) 隔

25、离器本身端口驻波比要小3) 稳定衰减器型阻性衰减器是一种简易可行的改善放大器稳定性的措施，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的级间， 由于衰减器 是阻型衰减，不能加在输入口或前级的级间， 以免影响噪声系数。 在不少情况下， 放大器输出口潜在不稳定区较大，在输出端加 型阻性衰减器，对改善稳定性相 当有效。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。三、低噪声放大器的设计3.1 放大器设计的主要流程K1 计算增在 TS和 TL 平面内画出在稳定区令增益 Gma，在 f2假设 S12=0 ，在频率 f2画出 TS和 TL 多频率的变化曲线，是设计直流偏置电路，在检验稳定安排整个放大器电路核

26、实可实现性是否安排光刻灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。3.2 低噪声放大管的选择低噪声放大器 (LNA) 是射频微波电路接收前端的主要部分，由于他位于接收 机的最前端， 要求他的噪声越小越好， 但又要求有一定的增益， 最小噪声和最大 增益一般不能同时满足， 获取最小噪声和最大功率是矛盾的， 一般电路设计总是 选择折中的方案来达到设计的要求， 以牺牲一定的增益来获得最小噪声， 而在射 频微波通信电路中， 需要处理微弱的射频微波信号， 因此， 讨论合适的低噪声放 大器电路的设计具有非常实际的意义。 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。对微波电路中应用的低噪声放大管的主要要求是高增益和低噪声以及足够 的动态范围，目前双极型

27、低噪声管的工作频率可以达到几个千兆噪声系数为几个 分贝，而砷化镓小信号的场效应管的工作频率更高，噪声系数可在 1 分贝以下。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。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) 微波低噪声管的噪声系数足够小工作频段足够高，晶体管的fT 一般要比工作频率高 4 倍以上，现在 PHEMT 场效应管的噪声系数在 2GHz 可在 0.5dB 左右，工作频率高端可达到 6GHz。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。2)微波低噪声管要有足够高的增益和高的动态范围 ,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的交 调产物小于系统本底噪声

28、，对于 ZXPCS 大基站项目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 场效应管它的增 益可达 15dB， OIP3为 30dBm 左右。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。安捷伦公司的 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， 可以简化排版而且减少零件数， 该晶体 管最显著的特点是低噪声， 并具有高增益、 高线性度等特性， 他特别适用于工作 频率范围在 450 MHz 6 GHz 之间的蜂窝 PCS wCDMA 基站、无线本地环路、 固定无线接入和其他高性能应用中的第一阶和第二

29、阶前段低噪声放大器电路中。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。本设计采用安捷伦公司的 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，线性范围大等特点，是做 2GHz频率低噪声放大器的很好的选择。查阅 ATF54143的 data sheet文件可知它的封装模型： 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。与典型的 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 的偏置电路更像是双极型晶体管的偏置电 路。但是与一般的双极型晶体管不同 ,它的偏置电压不是 0.7v,而是工作在大约 0

30、.6v。其封装模型如图 3.1 所示。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。图 3.1ATF54143 的封装模型ATF54143的特征：1. 高线性度2. 增强型技术3. 低噪声系数4. 优异的稳定性5. 800 微米栅极宽度6. 低成本的表面小封装 SOT_3437. 带盘式包装选择在本设计中选用的典型工作点为： VDS=3V,IDS=60mA3.3 稳定性计算稳定判别公式：1- S11 - S222 S12 S21=|S11*S22-S12*S21| )3-1)查看 Data sheet 计算出在 f=2.017GHz附近时的 K 值，此时管子的 S参数如下：S11=-0.603-j*0.119S12

31、=0.052+j*0.034S21=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绝对稳定的，由于 AFT54143 在工作频段内不是绝对稳定的， 为了提高放大器的稳定性， 可以在输出端并联一 个 100 的电阻。为确保 ATF54143 在尽可能宽的频带内保持稳定，这里采取源 极引入串联感性反馈的方法， 电感采用一段很细的微带线来代替。 在源极串联电 感后，可以增加晶体管双端口网络输入阻抗的实部， 而虚部基本保持不变， 使其 逐渐与最佳噪声匹配的阻抗重合； 另一方面， 增加一个无源元件不会使晶体管的 噪声性能恶化其反馈量对于带

32、内带外的电路增益、 平稳性和输入输出回波损耗有 着巨大的作用。 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。在实际电路源端电感要做适量的调节。放大器 PCB 板的设计考虑到源端的 电感量是变化的。 当每个源端与微带相连时， 沿着微带线的任何一点都可以连接 到地端，要得到最低的电感值， 只需在距元件源端最近的点上将源端焊盘与地端 相连，并只有非常短的一段蚀刻。 放大器的每一段源端蚀刻与相应的地端相连的 长度大约有 005 英寸（是从源端边缘与其最近的第一个地过孔边缘间测得 ），剩 余并末使用的源端蚀刻可切断除去。 通常，过大的源极电感量值所带来的边缘效 应表现为超高频端的增益值出现峰化及整体的合成振荡。 为避免这种情

33、况， 在初 始 LNA 的设计原型阶段，尽量准确地确定源端电感的量值，并且仿真中也要调 节源端电感量的大小，找出最优值优化 LNA 性能 。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。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的作用。 其不 仅仅被用于获得低的噪声系数， 同时它还可以用于获得更高的 IIP3，更高的增益 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， 差的低噪声放大器输入回波损耗会恶化滤波器的性能， 从而影 响整个系统的性能。因此，输入端匹配的目的就是在保持较好的增益和 IIP3 的 同时获取更好的回波损耗和噪声系

34、数。 由于 ATF54143 管子在工作频带内的良好 的低噪声系数性能，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的输入网路。 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。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 们采用输出共轭匹配网络。3.5 偏置电路射频有源电路通常都需要提供直流供电网络， 使射频有源器件能工作在特定 的电压电流下，在晶体管放大电路中， 偏置电路为晶体管提供合适的静态工作点， 如果偏置电路设计不当， 会影响电路的功率增益、 噪声系数， 甚至会导致放大电 路的不稳定。 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。安捷伦公司的 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， 可以简化排版而且减少零件数， 在此设 计中栅极和漏极采用同一电源提供工作电压。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。直流偏置电路为放大器提供合适的电压和电流， 使得晶体管工作于要求的静 态工作点， 并在晶体管参数和温度变化的范围内， 保持静态工作点的恒定。 根据 器件特性选择最佳条件，这里选取 ATF54143 的典型直流工作点参数： Vds=3V， Ids=60mA；偏置的方式采用了电阻偏置，它有