内容发布更新时间 : 2024/12/22 18:57:44星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

低噪声放大器的设计

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一、设计要求

1. 中心频率为1.45GHz，带宽为50MHz，即放大器工作在1.40GHz-1.50GHz

频率段；

2. 放大器的噪声系数NF<0.8dB， S11<-10dB，S22<-15dB，增益Gain>15dB。 二、低噪声放大器的主要技术指标

低噪声放大器的性能主要包括噪声系数、合理的增益和稳定性等。 1. 噪声系数NF

放大器的噪声系数（用分贝表示）定义如下：

?SNNF?dB??10lg?inin?SoutNout?? ?式中NF为射频/微波器件的噪声系数；Sin，Nin分别为输入端的信号功率和噪声功率；Sout，Nout分别为输出端的信号功率和噪声功率。

噪声系数的物理含义是，信号通过放大器后，由于放大器产生噪声，使得信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。

2. 放大器的增益Gain

在微波设计中，增益通常被定义为传输给负载的平均功率与信号源的最大资用功率之比：

Gain?PL PS增益的值通常是在固定的频率点上测到的，低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹配点并非最大增益点，因此增益Gain要下降。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低2～4dB.

3.稳定性

一个微波管的射频绝对稳定条件是K?1,S11?1?S12S21,S22?1?S12S21。只有当3个条件都满足时，才能保证放大器是绝对稳定的。

22三、低噪声放大器的设计步骤 1. 下载并安装晶体管的库文件 (1)

由于ADS2008自带的元器件库里并没有ATF54143的元器件模型，所以需要从Avago公司的网站上下载ATF54143.zap,并进入ADS主界面,点击【File】——【Unarchive Project】进行安装。 (2)

新建工程ATF54143_LNA_1_prj,执行菜单命令【File】——【Include/Remove Projects】将ATF54143_prj添加到新建工程中，这样新建工程就能使用器件ATF54143了。 2. 确定直流工作点

低噪声放大器的设计的第一步是设置晶体管的直流工作点。 (1)

在ADS中执行菜单【File】——【New Design】，在弹出的对话框中的Schematic Design Templates下拉列表中选择“DC_FET_T”模板，在Name文本框中输入DC_FET_T，单击【OK】，这样DC_FET控件就被放置在原理图中了。 (2)

在原理图中放置器件ATF54143,设置DC_FET控件的参数并连接原理图如图1所示。

图1 完整DC_FET_T原理图

(3) (4)

仿真得到ATF54143的直流特性图如图2所示。

根据ATF54143的数据手册，如图3所示，在900MHz时，当Vds=3V,Ids=30mA时Fmin接近最小值，此时增益约为23dB，能满足设计要求，故设置晶体管的直流工作点为Vds=3V,Ids=30mA.

图2 ATF54143的直流特性图

图3 ATF54143直流偏置曲线

3. 偏置电路的设计

(1)创建一个新的原理图biascircuit,并在原理图中放入ATF54143的模型和DA_FETBias控件，放入直流源，连接各部件，如图4所示。

图4 完成后的偏置电路原理图

(2)执行菜单命令【Design Guide】——【Amplifier】，在弹出的对话框中选择 Transistor Bias Utility,单击【OK】，在弹出的对话框中设置相关参数（Vdd=5V,Vds=3V,Ids=30mA）,单击【Design】将会弹出Bias Network selection对话框，单击【OK】，ADS将自动生成一个偏置电路，如图5所示。

图5 偏置子电路

(3)取R1=33Ohm,R2=224Ohm,R4=26Ohm,新建原理图biascircuit1,画出最终的偏置电路原理图如图6所示。

图6 偏置电路原理图

4. 放大器的稳定性分析