【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，目前對語音、數(shù)據(jù)、圖像通信能力的需求急劇增長。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)計方法，借助 ADS 仿真軟件的強大功能對晶體管進行建模仿真，在這個基礎(chǔ)上對晶體管的穩(wěn)定性進行了分析，結(jié)合 Smith 圓圖，對輸入輸出阻抗匹配電路進行了仿真優(yōu)化設(shè)計，、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，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的性能，進而決定接受機的靈敏度和動態(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)幾乎是國防工業(yè)一統(tǒng)天下的領(lǐng)域，而近來對無線尋呼、移動電話、廣播視頻、有繩和無繩計算機網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用的通信系統(tǒng)需求的迅速擴大正在徹底改變工業(yè)的格局。在這些紛繁的無線設(shè)備中，低噪聲放大器(LNA)是必不可少的關(guān)鍵部件，它應(yīng)用于移動通訊、光纖通訊、電子對抗等接收裝置的前端，它的噪聲、增益等特性對系統(tǒng)的整體性能影響較大，其性能的好壞對整個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)計是通訊接收裝置的關(guān)鍵。因此，為了適應(yīng)未來形勢的發(fā)展需要，我們有必要縮短研制設(shè)計周期，研制高性能、低噪聲、小體積的微波放大器件，這已是目前國內(nèi)國際各個應(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接收系統(tǒng)的性能，而且，對于整個接收系統(tǒng)技術(shù)水平的提高，也起了決定性的作用。前級放大器的噪聲系數(shù)對整個微波系統(tǒng)的噪聲影響最大，它的增益將決定對后級電路的噪聲抑制程度，它的線性度將對整個系統(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)狀從上個世紀(jì)60年代中期開始，由于平面外延工藝的發(fā)展，雙極晶體管的工作頻率跨進微波頻段，平面外延晶體管的工作頻率達到1GHz以上，出現(xiàn)了微波雙極晶體管及其相應(yīng)的放大器，而同時伴隨著場效應(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)型場效應(yīng)晶體管(JFET) 、金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MESFET) 和近代的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)管(HeteroFET) ,如HEMT等隨之出現(xiàn)。目前微波 HBT 的截止頻率達到了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。但是，總體說來，除了高度集成工藝外，國內(nèi)外總的設(shè)計手段是相差不大的，在研制方法上，國內(nèi)與國外也是基本相同的 [3] 。接收機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。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一步研究的問題。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，開路情況也會在終端形成負(fù)載電容。描述一個系統(tǒng)被V1和V2激勵，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。匹配包含兩個方面的含義：一是微波源的匹配，要解決的問題是如何從微波源中取出最大功率；二是負(fù)載的匹配，要解決的問題是如何是負(fù)載吸收全部入射功率。由此得到很多類型的匹配網(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一般都希望負(fù)載時匹配的，因為匹配負(fù)載無反射，傳輸線中為行波狀態(tài)，這對于傳輸微波功率來說，主要有以下幾點好處：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，沿線的高頻電場分布出現(xiàn)波腹，波腹處的電場比傳輸同樣功率時的行波電場高得多，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)計的第一步就是確定晶體管的靜態(tài)直流工作點，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，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。采用相對帶寬表示時，帶寬是無量綱的相對值。放大器噪聲系數(shù)是指放大器輸入端信號噪聲功率比 /與輸出端信號噪聲功率比 /的比值。當(dāng)一個晶體管的源端所接的信號源的阻抗等于它所要求的最佳信號源阻抗時，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 多級放大電路示意圖當(dāng)系統(tǒng)中有多級放大器相連時，其系統(tǒng)總噪聲系數(shù)和總增益表達式為: （34）式中表示多級放大器總的噪聲系數(shù)。只有盡量低，前級增益G1和G2足夠大，整機的噪聲性能才能足夠小[3]。但為了抑制后面各級的噪聲對系統(tǒng)的影響，其增益又不能太小。噪聲最佳匹配點并非最大增益點，以此增益G 要下降。根據(jù)經(jīng)驗，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發(fā)生變化，同時放大器的參數(shù)也會發(fā)生變化，而在設(shè)計基于有源兩端口網(wǎng)絡(luò)射頻放大電路時，絕對穩(wěn)定是非常有價值的。 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的反射損耗，通常用輸入和輸出駐波比來表示，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設(shè)計的，其結(jié)果會偏離駐波比最佳的共扼匹配狀態(tài)，因此駐波比不會很好。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：無條件穩(wěn)定； 反向電壓增益：小于10dB，大于30dB；設(shè)計的默認(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，對其參數(shù)的仿真的原理圖如下：放大器的一個基本任務(wù)是將輸入信號進行不失真的放大，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。（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)