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1、第28卷第11期武汉理工大学学报·信息与管理工程版Vol.28No.112006年11月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Nov.2006文章编号:1007-144X(2006)11-0174-04利用ADS设计低噪声放大器许志兵(武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉430070)摘要:介绍了一种利用ADS仿真器设计低噪声放大器的方法。先总体阐述了低噪声放大器的主要技术和性能指标,然后在采用NEC的2SC5507(NE661M04)管的基础上,依据低噪声放大器的各项指标来同步进行电路的设计
2、、优化和ADS仿真,最后使得低噪声放大器的设计结果达到设计初期的期望值,并成功地完成了低噪声放大器的电路设计。关键词:低噪声放大器(LNA);ADS仿真器;标准微带线中图法分类号:TN722.3文献标识码:A入法,即用功率计先测信源给出的功率P1;再把1低噪声放大器性能指标及设计步骤放大器接到信源上,用同一功率计测放大器输出1.1低噪声放大器的性能指标功率P2。功率增益(G)等于P2除以P1。噪声最频率范围:2.0～2.25GHz;信号源阻抗:50佳匹配情况下的增益称为相关增益。噪声最佳匹Ω;增益>10dB;噪声系数<2dB;稳定性:Un2配点并
3、非最大增益点,通常,相关增益比最大增益conditional。大概低2～4dB。功率增益的大小还会影响整机1.2设计步骤噪声系数。公式3给出简化的多级放大器噪声系放大器级数(选择一级);晶体管选择;电路数表达式。拓扑结构;电路初步设计;用AdvanceDesignSys2Nf2-1Nf3-1Nf=Nf1+++⋯(3)tem2005A(ADS)软件进行设计、优化、仿真模拟。G1G1G2式中,Nf为放大器整机噪声系数;Nf1、Nf2、Nf3分别2低噪声放大器的主要技术指标为第1、2、3级的噪声系数;G1、G2分别为第1、2级2.1LNA的噪声系数和噪
4、声温度功率增益。放大器的噪声系数NF可定义如公式1:当增益G1和G2足够大的时候,整机的噪声系[1,2]Sin/Nin数接近第一级的噪声系数。因此多级放大器NF=(1)Sout/Nout第一级噪声系数大小起决定作用。增益平坦度是式中,NF为微波部件的噪声系数;Sin、Nin分别为指工作频带内功率增益的起伏,常用最高增益与输入端的信号功率和噪声功率;Sout、Nout分别为输最小增益之差,即ΔG表示。出端的信号功率和噪声功率。通常,噪声系数用2.3工作频带分贝数表示。此时放大器自身产生的噪声常用等工作频带不但是指功率增益满足平坦度要求效噪声温度Te
5、来表达。的频带范围,而且还要在全频带内使噪声满足要噪声温度Te与噪声系数NF的关系如公式求,并给出各频点的噪声系数。(2):2.4动态范围Te=T0·(NF-1)(2)动态范围是指低噪声放大器输入信号允许的式中,T0为环境温度,通常取为293K。最小功率和最大功率的范围。动态范围的上限受2.2LNA的功率增益、相关增益与增益平坦度非线性指标限制。动态范围的下限取决于噪声性功率增益通常是指信源和负载都是50Ω标能。当放大器的噪声系数Nf给定时,输入信号功准阻抗情况下实测的增益。实际测量时,常用插率允许最小值计算如公式(4):收稿日期:2006-09
6、-15.作者简介:许志兵(1981-),男,江西湖口人,武汉理工大学信息工程学院硕士研究生.571第28卷第11期许志兵:利用ADS设计低噪声放大器Pmin=Nf(kT0Δfm)M(4)进行稳定性设计。式中,Δfm为微波系统的通频带;M为微波系统允4ADS仿真许的信号噪声比,或信号识别系数;T0为环境温度293K。4.1基本原理2.5端口驻波比为了使晶体管工作在放大区,需确定静态直低噪声放大器的输入匹配电路是按照噪声最流工作点。由2SC5507的Datasheet可以得到:佳来设计的,其结果会偏离驻波比最佳的共扼匹VDS=2V,ID=5mA。基本
7、仿真原理图的各个元配状态。此外,由于微波场效应晶体管或双极性件放置如图1所示。晶体管,其增益特性大体上都是按每倍频程以6dB规律随频率升高而下降。为了获得工作频带内平坦增益特性,在输入匹配电路和输出匹配电路都是无耗电抗性电路情况下,只能采用低频段失配的方法来压低增益,以保持带内增益平坦。因此,端口驻波比必然是随着频率降低而升高。2.6稳定性当放大器的输入和输出端的反射系数的模都图1基本仿真原理图小于1(即
8、Г1
9、<1,
10、Г2
11、<1)时,不论源阻抗和负K1:K=stab_fact(S),stab_fact(S)函数返回载阻抗如何,网络都是稳定的,称
12、为绝对稳定;反Rolette稳定因子。K>1时电路绝对稳定,此时稳之,则称为相对稳定。对条件稳定的放大器,其负定量B1>1。载阻抗和源阻
