内容发布更新时间 : 2025/1/1 10:30:22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ADS仿真与设计

前言

无线通信系统中的小信号放大器，除了要求增益以外，另有特别需求的低噪声度NF。低噪声放大器主要用作接收机的输入级，一般称其为前端。这一置于前端的前置放大器噪声的大小将会主导接收系统的整体噪声度，因而必须是一个低噪声放大器。本文介绍了通过ADS仿真采用AT-41511[1]低噪声晶体管实现低噪声放大器的设计，主要设计指标：工作频带750MHz~850MHz；增益：大于14dB；增益带内波动：小于 0.5dB；输入输出回波损耗：小于-10dB ；噪声系数：小于1.8dB ；稳定性：无条件稳定。

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1、直流偏置电路设计

晶体管放大器的偏压设计[5]都以一个电源供应配合电阻网络组成。为获得较低的噪声系数参考AT-41511手册选定直流工作点为Q(VCE,IC) 即VCE =5.0V，IC=5mA且已知

VCC =6V,取近似值

根据以下公式[6]可以得到直流偏置电路电阻值。

的阻

采用集电极反馈的偏置电路如图1所示。

图1 直流偏置电路设计

由于实际器件参数和ADS器件库中模型参数有一定的差异，即使同一批器件由于工艺上的偏差，其单个器件参数也有所不同[6]，故上述计算只能得到偏置电路的大致参数。之后在PCB实际调试的时候，首先调整偏置电路各电阻的阻值以使晶体管偏置在所需要的 的状态下。

2、稳定性设计

根据AT-41511的s参数模型做稳定系数仿真可以看出，在所需要的频段内放大器是不稳定的，需要进行稳定电路[5]的设计。增加稳定电阻和电容如图2所示，仿真可以得到如下图3所示的仿真结果，可以看出增加稳定电阻电容后在所需的频段内稳定因子K>1，放大器是无条件稳定的。

图2 增加稳定电路的仿真图 图3 稳定系数仿真结

果

3、输入输出匹配电路设计

为了获得最小的噪声系数，Γs有个最佳值Γopt[8]，此时LNA达到最小噪声系数，即达到最佳噪声匹配状态。Sopt：最小噪声的最优匹配系数，利用这个最优系数可以进行输入匹配电路的设计[3]。我们首先利用小信号s参数仿真AT-41511晶体管的最佳噪声系数下的源阻抗匹配及负载阻抗匹配条件，已知的直流工作点 ,考虑放大器本身的不稳定性，在增加了稳定电阻和电容之后的最佳噪声匹配条件如下图4所示。

根据最佳噪声匹配条件，进行独立LC元件阻抗匹配，得到如下图5所示的匹配电路和图6所示的仿真结果。

图5 最佳噪声电路匹配结果