【正文】 ◢利用 ADS 軟件仿真設(shè)計(jì)低噪聲放大器，并完成電路圖的設(shè)計(jì)。一般采用電感，電容或微帶線來完成匹配電路。 對多級放大器而言，其噪聲系數(shù)的計(jì)算為： NF=NF1+(NF 1)/G1+(NF 1)/G1G +…… （ 23） 其中 NFn為第 n級放大器的噪聲系數(shù)， Gn 為第 n級放大器的增益 在某些噪聲系數(shù)要求非常高的系統(tǒng)，由于噪聲系數(shù)很小，用噪聲系數(shù)表示很不方便，常常用噪聲溫度來表示，噪聲溫度與噪聲系數(shù)的換算關(guān)系為： Te = T0 ( NF – 1 ) （ 24） 其中 Te 為放 大器的噪聲溫度， T0 =2900 K， NF為放大器的噪聲系數(shù) 。 這種失配在某些情況下會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，一般情況下，為了減小放大器輸入端失配所引起的端口反射對系統(tǒng)的影響，可用插損很小的隔離器等其他措施來解決。 低噪聲放大器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的基本原則 低噪聲放大管的選擇原則 對微波電路中應(yīng)用的低噪聲放大管的主要要求是高增益和低噪聲以及足夠的動(dòng)態(tài)范圍，目前雙極型低噪聲管的工作頻率可以達(dá)到幾個(gè)千兆噪聲系數(shù)為幾個(gè)分貝，而砷化鎵小信號的場效應(yīng)管的工作頻率更高，噪聲系數(shù)可在 1 分貝以下。圓上每一點(diǎn)代表一個(gè)能產(chǎn)生恒定噪聲系數(shù) NF 的源反射系數(shù)。將恒定增益圓與等噪聲系數(shù)圓結(jié)合起來設(shè)計(jì)，便能得到比較理想的結(jié)果。微波管的 S21 代表電壓波的正向傳輸系數(shù)，也就是放大倍數(shù)。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)為了保證低噪聲放大器穩(wěn)定工作還要注意使放大器避開潛在不穩(wěn)定區(qū)。 2） 用鐵氧體隔離器 鐵氧體隔離器應(yīng)該加在天線與放大器之間，假定鐵氧體隔離器的正向功率衰減微為 ?，反向功率衰減為 ?，且 ??1， ??1。 3）穩(wěn)定衰減器 ? 型阻性衰減器是一種簡易可行的改善放大器穩(wěn)定性的措施， 通常接在低 噪聲 放大器末級輸出口，有時(shí)也可以加在低噪聲放大器內(nèi)的級間，由于衰減器是阻型衰減，不能加在輸入口或前級的級間，以免影響噪聲系數(shù)。 我們在選取低噪聲放大器管通?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行 考慮： 1） 微波低噪聲管的噪聲系數(shù)足夠小工作頻段足夠高，晶體管的 fT 一般要比工作頻率高 4 倍以上，現(xiàn)在 PHEMT 場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)在 2GHz 可在 左右， 工作頻率高端可達(dá)到 6GHz。查閱 ATF54143 的 data sheet 文件可知它的封裝模型： 與典型的 DpHEMT 不同 ,ATF45143 并不需要在門級上加負(fù)電壓偏置 , 而是在門級加正電壓偏置。 圖 ATF54143 的封裝模型 ATF54143 的特征： 1. 高線性度 2. 增強(qiáng)型技術(shù) 3. 低噪聲系數(shù) 4. 優(yōu)異的穩(wěn)定性 5. 800 微米柵極寬度 6. 低成本的表面小封裝 SOT_343 7. 帶盤式包裝選擇 在本設(shè)計(jì)中選用的典型工作點(diǎn)為： VDS=3V,IDS=60mA。 在實(shí)際電路源端電感要做適量的調(diào)節(jié)。通常，過大的源極電感量值所帶來的邊緣效應(yīng)表現(xiàn)為超高頻 端的增益值出現(xiàn)峰化及整體的合成振蕩。另外，由于在某些收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)中在低噪聲放大器前面通常會(huì)有一個(gè)濾波器，差的低噪聲放大器輸入回波損耗會(huì)惡化濾波器的性能，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。 偏置電路 射頻有源電路通常都需要提供直流供電網(wǎng)絡(luò)，使射頻有源器件能工作在特定的電壓電流下，在晶體管放大電路中，偏置電路為晶體管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，如果偏置 電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)影響電路的功率增益、噪聲系數(shù)，甚至?xí)?dǎo)致放大電路的不穩(wěn)定。其中 Vdc是饋電電壓，其值選 5V； Vds是 ATF54143 的漏源工作電壓，大小為 3V； Ids是 ATF54143靜態(tài)工作點(diǎn)所需的漏極電流，大小為 60mA。通過電路分壓，從饋電電壓 Vdc分別使 Vds=3V， Vgs=，實(shí)現(xiàn) ATF54143 工作于工作點(diǎn)。微波管的 S21 代表電壓波 的正向傳輸系數(shù)，也就是放大倍數(shù)。 用于低噪聲放大器的印制板應(yīng)具有損耗小，易于加工，性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，材料的物理和電氣性能均勻（特別是介電常數(shù)和厚度），同時(shí)對材料的表面光潔度有一定要求，通常我們可以采用以 FR4（介電常數(shù) 4~5 之間），為基片的 板材，如電路要求較高可采用以氧化鋁陶瓷等材料為基片的微波板材，在 PCB 布板中則要考慮到鄰近相關(guān)電路的影響，注意濾波、接地和外電路干擾問題設(shè)計(jì)中要滿足電磁兼容設(shè)計(jì)原則。 偏置電路的設(shè)計(jì) 設(shè)置好偏置工作點(diǎn)后，我們得到電路原路圖如下： 圖 偏置電路原理圖 從上圖可知， R2 和 R4 的電阻值不是常規(guī)標(biāo)稱值，它們僅僅是理論計(jì)算的結(jié)果。具體的電路由于集成到總電路里面，這里的相關(guān)電路最后給出結(jié)果。 m5 有最小噪聲系數(shù)的輸入阻抗，此時(shí)可獲得最小噪聲系數(shù)為 ，但是這兩個(gè)點(diǎn)并不重合，因此我們必須在增益和噪聲系數(shù)之間綜合權(quán)衡。 在這里匹配的思路如下： 為了源全部輸出，因此必須無反射，即加輸入匹配網(wǎng)絡(luò)后等效輸入阻抗為50 歐姆，且從輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端看去，其等效阻抗 為得到最小噪聲系數(shù)阻抗的共軛值。其實(shí)也可以優(yōu)化，只要稍微的減小輸入反射系數(shù)，增大輸出反射系數(shù)即可。（從這里可以得到：前面輸入端匹配的原理有些問題，參觀參考書也是如此） 其匹配圓如圖所示： 得到其輸出匹配電路： 至此，我們得到整體的放大器的原理圖如下： 由此，我們得到相關(guān)指標(biāo)如下圖所示： 輸入駐波比： 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 51 . 0 4 . 0102030040f r e q , G H zSP3.VSWR1R e a d o u tm6m6f r e q =S P 3 . V S W R 1 = 1 . 0 9 02 . 4 6 0 G H z1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 51 . 0 4 . 010203040050f r e q , G H zSP3.VSWR2R e a d o u tm7m7f r e q =S P 3 . V S W R 2 = 1 . 5 3 22 . 4 6 0 G H z 最小噪聲系數(shù)： 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 50 . 0 4 . 01020304050060f r e q , G H zNFminR e a d o u tm1m1f r e q =N F m i n = 0 . 4 9 92 . 4 5 0 G H z 穩(wěn)定性： 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 50 . 0 4 . 05 . 0 E 51 . 0 E 61 . 5 E 60 . 02 . 0 E 6f r e q , G H zSP1.StabFact1R e a d o u tm5m5f r e q =S P 1 . S t a b F a c t 1 = 1 . 0 1 72 . 4 6 0 G H z S 參數(shù)： 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 50 . 0 4 . 0 2 5 2 0 1 5 1 05 3 00f r e q , G H zdB(SP1.SP.S(1,1))R e a d o u tm2m2f r e q =d B ( S P 1 . S P . S ( 1 , 1 ) ) = 2 7 . 9 7 02 . 4 5 0 G H z0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 50 . 0 4 . 0 1 5 1 05 2 00f r e q , G H zdB(SP1.SP.S(2,2))R e a d o u tm4