【正文】 領(lǐng)域，主要由于一方面，現(xiàn)代電子器件取得了最新的發(fā)展；另一方面，目前對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像通信能力的需求急劇增長(zhǎng)。s stability, has used the Smith circle diagram, to input the output impedance match circuit to carry on the simulation optimization design. a radio frequency power amplifier is designed, which has a centre , bandwidth 100MHz, I/O VSWR less than , Noise coefficient less than 2dB and Wattandgain 10dB.Key Words：microwave。本文從偏置電路、噪聲優(yōu)化、線性增益及輸入阻抗匹配等角度分析了電路的設(shè)計(jì)方法，借助 ADS 仿真軟件的強(qiáng)大功能對(duì)晶體管進(jìn)行建模仿真，在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)晶體管的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，結(jié)合 Smith 圓圖，對(duì)輸入輸出阻抗匹配電路進(jìn)行了仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，、帶寬為100MHz、噪聲系數(shù)小于2dB和增益大于15dB的低噪聲放大器。低噪聲放大器(LNA)廣泛應(yīng)用于微波接收系統(tǒng)中，是重要器件之一，它作為射頻接收機(jī)前端的主要部分，其主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號(hào)，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)。它的噪聲性能直接決定著整機(jī)的性能，進(jìn)而決定接受機(jī)的靈敏度和動(dòng)態(tài)工作范圍。 關(guān)鍵詞：微波；低噪聲放大器；噪聲系數(shù)；匹配電路；ADS仿真ABSTRACTRapid growth of wireless data munications has increased the demand for high performance RFamp。 lownoise amplifier。在這一通信變革之前，微波技術(shù)幾乎是國(guó)防工業(yè)一統(tǒng)天下的領(lǐng)域，而近來(lái)對(duì)無(wú)線尋呼、移動(dòng)電話、廣播視頻、有繩和無(wú)繩計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的通信系統(tǒng)需求的迅速擴(kuò)大正在徹底改變工業(yè)的格局。在這些紛繁的無(wú)線設(shè)備中，低噪聲放大器(LNA)是必不可少的關(guān)鍵部件，它應(yīng)用于移動(dòng)通訊、光纖通訊、電子對(duì)抗等接收裝置的前端，它的噪聲、增益等特性對(duì)系統(tǒng)的整體性能影響較大，其性能的好壞對(duì)整個(gè)裝置的使用都有相當(dāng)大的影響，因此低噪聲放大器的設(shè)計(jì)是通訊接收裝置的關(guān)鍵。因此，為了適應(yīng)未來(lái)形勢(shì)的發(fā)展需要，我們有必要縮短研制設(shè)計(jì)周期，研制高性能、低噪聲、小體積的微波放大器件，這已是目前國(guó)內(nèi)國(guó)際各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。低噪聲放大器的性能不僅制約了整個(gè)接收系統(tǒng)的性能，而且，對(duì)于整個(gè)接收系統(tǒng)技術(shù)水平的提高，也起了決定性的作用。前級(jí)放大器的噪聲系數(shù)對(duì)整個(gè)微波系統(tǒng)的噪聲影響最大，它的增益將決定對(duì)后級(jí)電路的噪聲抑制程度，它的線性度將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的線性度和共模噪聲抑制比產(chǎn)生重要影響。 低噪聲放大器的發(fā)展現(xiàn)狀從上個(gè)世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，由于平面外延工藝的發(fā)展，雙極晶體管的工作頻率跨進(jìn)微波頻段，平面外延晶體管的工作頻率達(dá)到1GHz以上，出現(xiàn)了微波雙極晶體管及其相應(yīng)的放大器，而同時(shí)伴隨著場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）理論的提出，包括金屬絕緣柵半導(dǎo)體FET (如MOSFET) 、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET) 、金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MESFET) 和近代的異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管(HeteroFET) ,如HEMT等隨之出現(xiàn)。目前微波 HBT 的截止頻率達(dá)到了200 GHz ,因此在微波、低噪聲、超高速及低功耗方面具有很大的優(yōu)越性。目前國(guó)外8 mm以下的HEMT己商品化，在極低噪聲的許多應(yīng)用領(lǐng)域已取代GaAs MESFET，而且在微波/毫米波功率應(yīng)用中也越來(lái)越引人注目。1996年， Kabayashi等人研制出了S波段的HEMT—HBT單片集成接收機(jī)。但是，總體說(shuō)來(lái)，除了高度集成工藝外，國(guó)內(nèi)外總的設(shè)計(jì)手段是相差不大的，在研制方法上，國(guó)內(nèi)與國(guó)外也是基本相同的 [3] 。接收機(jī)靈敏度公式如下所示： （11）式中：k為波爾茲曼常數(shù)，為溫度，B為帶寬，是系統(tǒng)正確解調(diào)出接收信號(hào)所需的最小輸出信噪比，為噪聲系數(shù)。全文可以分為五部分。介紹了史密斯圓圖、S參數(shù)、阻抗匹配、微帶線理論基礎(chǔ)知識(shí)。第五部分為總結(jié)和研究前景的展望，分析了研究中的不足和思考，提出了一些有利于進(jìn)一步研究的問(wèn)題。圖21 等電阻圓和等電抗圓圖 圖21是史密斯圓圖中的等電阻圓和等電抗圓圖。有一些圖表是以導(dǎo)納值(admittance)來(lái)表示，把上述的阻抗值版本旋轉(zhuǎn)180度即可。采用導(dǎo)線形成短路的時(shí)候，導(dǎo)線本身存在電感，而且其電感量在高頻下非常之大，此外，開(kāi)路情況也會(huì)在終端形成負(fù)載電容。描述一個(gè)系統(tǒng)被V1和V2激勵(lì)，aa2和bb2分別表示輸入和輸出口的入射波、反射波功率。阻抗匹配的目的是使源傳遞給負(fù)載最大的RF功率。匹配包含兩個(gè)方面的含義：一是微波源的匹配，要解決的問(wèn)題是如何從微波源中取出最大功率；二是負(fù)載的匹配，要解決的問(wèn)題是如何是負(fù)載吸收全部入射功率。由此得到很多類(lèi)型的匹配網(wǎng)絡(luò)，包括集總元件和傳輸線。 負(fù)載的匹配在傳輸微波功率時(shí)一般都希望負(fù)載時(shí)匹配的，因?yàn)槠ヅ湄?fù)載無(wú)反射，傳輸線中為行波狀態(tài)，這對(duì)于傳輸微波功率來(lái)說(shuō)，主要有以下幾點(diǎn)好處：1. 匹配負(fù)載可以從匹配源輸出功率中吸收最大功率。因在駐波狀態(tài)時(shí)，沿線的高頻電場(chǎng)分布出現(xiàn)波腹，波腹處的電場(chǎng)比傳輸同樣功率時(shí)的行波電場(chǎng)高得多，因此容易發(fā)生擊穿，從而限制了功率容量。微帶線適合制作微波集成電路的平面結(jié)構(gòu)傳輸線，與金屬波導(dǎo)相比，其體積小、重量輕、使用頻帶寬、可靠性高和制造成本低等；但損耗稍大，功率容量小。低噪聲放大器設(shè)計(jì)的第一步就是確定晶體管的靜態(tài)直流工作點(diǎn)，偏置的作用是在特定的工作條件下為有源器件提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，并抑制晶體管的離散性以及溫度變化的影響從而保持恒定的工作特性。而有源偏置網(wǎng)絡(luò)能改善靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性，還能提高良好的溫度穩(wěn)定性，但它也存在一些問(wèn)題，如增加了電路尺寸、增加了電路排版的難度以及增加了功率消耗。放大器所能允許的工作頻率與晶體管的特征頻率有關(guān)，由晶體管小信號(hào)模型可知，減小偏置電流的結(jié)果是晶體管的特征頻率降低。而低噪聲放大器的帶寬不僅是指功率增益滿足平坦度要求的頻帶范圍，而且還要求全頻帶內(nèi)噪聲要滿足要求。采用相對(duì)帶寬表示時(shí)，帶寬是無(wú)量綱的相對(duì)值。放大器噪聲系數(shù)是指放大器輸入端信號(hào)噪聲功率比 /與輸出端信號(hào)噪聲功率比 /的比值。當(dāng)一個(gè)晶體管的源端所接的信號(hào)源的阻抗等于它所要求的最佳信號(hào)源阻抗時(shí)，由該晶體管構(gòu)成的放大器的噪聲系數(shù)最小。 輸出. . . .RF放大RF放大RF放大RF放大 輸入F1 G1F2 G2F3 G3Fn Gn圖31 多級(jí)放大電路示意圖當(dāng)系統(tǒng)中有多級(jí)放大器相連時(shí)，其系統(tǒng)總噪聲系數(shù)和總增益表達(dá)式為: （34）式中表示多級(jí)放大器總的噪聲系數(shù)。只有盡量低，前級(jí)增益G1和G2足夠大，整機(jī)的噪聲性能才能足夠小[3]。但為了抑制后面各級(jí)的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，其增益又不能太小。噪聲最佳匹配點(diǎn)并非最大增益點(diǎn)，以此增益G 要下降。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取值在15~20dB較為合適?？疾祀妷翰ㄑ貍鬏斁€的傳輸，可以理解這種振蕩現(xiàn)象。對(duì)條件穩(wěn)定的放大器，其負(fù)載阻抗和源阻抗不能任意選擇，而是有一定的范圍，否則放大器不能穩(wěn)定工作，即使負(fù)載阻抗和源阻抗屬于標(biāo)準(zhǔn)的阻抗，但隨著溫度、濕度等環(huán)境的變化這些阻抗可能會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)放大器的參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，而在設(shè)計(jì)基于有源兩端口網(wǎng)絡(luò)射頻放大電路時(shí)，絕對(duì)穩(wěn)定是非常有價(jià)值的。 端口駐波比和反射損耗低噪聲放大器的輸入和輸出反射系數(shù)表征著輸入輸出信號(hào)的反射損耗，通常用輸入和輸出駐波比來(lái)表示，將低噪聲放大器看成標(biāo)準(zhǔn)兩端口網(wǎng)絡(luò)，則輸入輸出駐波比如下： (38) (39) 低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪聲系數(shù)所以輸入匹配電路是按照噪聲最佳來(lái)設(shè)計(jì)的，其結(jié)果會(huì)偏離駐波比最佳的共扼匹配狀態(tài)，因此駐波比不會(huì)很好。50MHz； 帶內(nèi)增益：大于15dB；噪聲系數(shù)： 小于2dB； 輸入輸出駐波比：；穩(wěn)定性：無(wú)條件穩(wěn)定； 反向電壓增益：小于10dB，大于30dB；設(shè)計(jì)的默認(rèn)偏置環(huán)境是：Vce= Ic=2mA； 選取晶體管并仿真晶體管參數(shù)本文選取晶體管AT32011，對(duì)其參數(shù)的仿真的原理圖如下：放大器的一個(gè)基本任務(wù)是將輸入信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，這就要求晶體管放大器必須設(shè)置穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）通帶內(nèi)的噪聲系數(shù)滿足技術(shù)指標(biāo)。結(jié)論如下：（1）頻率范圍和噪聲系數(shù)滿足技術(shù)指標(biāo)