【正文】 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 表 21 intrinsic device Y參數(shù) （ 10） 通過 中和偏置相關(guān)的本征元件的計算公式計算的到各個小信號模型和偏置相關(guān)的本征元件的參數(shù)如表 22所示。 圖 225a 寫入ω方程對話框 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 225b 寫入 Z111方程對話框 同理放入計算 Z11 Z12 Z122 的方程如圖 226所示。在數(shù)據(jù)顯示視窗中，單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的數(shù)據(jù)列表圖，插入數(shù)據(jù)顯示方式，顯示 S 參數(shù)和 Z 參數(shù)， Z參數(shù)如圖華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 224 所示。 圖 222 拓?fù)潆娐返?S參數(shù) （ 3） 執(zhí)行菜單命令【 Tools】然后單擊【 Data File Tool】 ,彈出 dftool/mainWindow 對話框，在“ Out file name” 單擊【 Browse】選擇路徑并命名為“ ” 文件，在【 Dataset name】選擇“ TuopuCircuits” 如圖 223所示。 和偏置相關(guān)的本征元件的計算方法如下： gm=Re(Y21) () Gd=Re(Y21) () Cgd=Im(Y12) () Cgs=Im(Y11+Y12)D/ω () Cds= Im(Y11+Y12)/ω () Ri=Re(Y11)D/(ω 178。等效電路模型元件大體上可以分為以下兩部分： 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 220晶體管小信號模型等效電路 ①和偏置相關(guān)的本征元件： Gm,Gds,Cgs,Cgd,Cds,Ri,和τ。 圖 215 晶體管各端偏置電壓電流 圖 216 偏置電路原理圖 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 小信號模型的提取 小信號模型的 提取的方案 由 Avago 公司給的模型里給出的晶體管 ATF55143 的模型如圖 217 所示，以及圖 220晶體管的小信號模型所示。 在這里可以看到 Vds=,Id=60mA,就是當(dāng)初設(shè)置的偏置結(jié)果。 圖 214 偏置子電路 從圖中可以看出， R2和 R4的電阻都不是常規(guī)標(biāo)稱值，他們僅是理論計算的結(jié)果。 圖 212 完成后的偏執(zhí)電路原理圖 （ 3）執(zhí)行菜單命令【 Design Guide】點擊【 Amplifier】 ,彈出放大器設(shè)計導(dǎo)向?qū)υ捒?，選擇“ Transistor Bias Utility” ,單擊【 OK】按鈕，彈出“ Transistor Biass Utility”對話框，輸入前面確定的晶體管直流工作點 Vdd=3V,Vds=， Ids=30Ma(注意： ATF55143華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 的封裝上有兩個柵極 Ids=30Ma,相加就是 Id=60mA),如圖 213 所示。此時增益大約為 19dB，能滿足設(shè)計要求，那么晶體管的直流工作點就設(shè)為 Vds=,Ids=30mA。 圖 28 完整 DC_FET_T原理圖 圖 28中 DC_FET 中的各項參數(shù)含義如下： VGS_start：起始柵極電壓 VGS_stop：終止柵極電 壓 VGS_points：柵極電流值的采樣點數(shù)目 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 VDS_start:初始漏 源電壓 VDS_start:終止漏 源電壓 VDS_points:初始漏 源電壓值的采樣點數(shù)目 （ 7） 單擊仿真按鈕圖標(biāo)開始仿真。 圖 25 打開元器件庫列表 （ 4） 在原器件庫表里面可以看到，剛添加進(jìn)來的 ATF55143 的模型已經(jīng)包含在 LAN 工程里面了，可以像其他元器件一樣調(diào)用， 如圖 26 所示。 直流分析 DC Tracing 設(shè)計 LNA 的第一步是確定晶體管的直流工作點 （ 1） 在 ADS 中，執(zhí)行菜單命令【 File】然后點擊【 New Design】 ,打開“ New Design”對話框。 晶體管 ATF55143 的直流工作點 下載并安裝晶體管的庫文件 （ 1） ADS2020 自帶的元器件庫里沒有 ATF55143 元器件模型，可以直接從 Avago 公司的網(wǎng)站下載（ ）。高頻電路里的 n型等效電路 ,y參數(shù)等效電路 。一方面 ,在許多實際問題中 ,通常使用計算機(jī)進(jìn)行分析和設(shè)計 ,可以取比較精確或者說比較復(fù)雜的模型 ,以提高計算精度 。 小結(jié) 本課題對低噪聲放大器的多種設(shè)計方法進(jìn)行了研究，查閱 了大量的資料，總結(jié)了前輩的設(shè)計經(jīng)驗，運用美國 Agilent 公司的高級設(shè)計軟件 ADS2020 仿真， 首先確定了晶體管ATF55143 的靜態(tài)工作點，求得了晶體管 ATF55143 在一個直流偏置情況下的小信號電路的模型。 ADS 軟件的介紹 ADS 是由美國安捷倫科技公司（ Agilent Technologies） 推出的微波電路和通信系統(tǒng)的先進(jìn)設(shè)計系統(tǒng)（ Advanced Design System， ADS）仿真軟件，是當(dāng)今業(yè)界最流行的微波射頻電路、通信系統(tǒng)和 RFIC 設(shè)計軟件，也是國內(nèi)高校、科研院所和大型 IT 公司使用最多的軟件之一。它的噪聲系數(shù)、增益和線性度等指標(biāo)對整個射頻接收機(jī)系統(tǒng)的性能有重要影響，其中噪聲系數(shù)幾乎決定了整個接收機(jī)的噪聲性能。相對于國外，由于國內(nèi)的制作工藝起步較晚，國內(nèi)有源電路技術(shù)指標(biāo)的快速提高受到了限制。 值得注意的是，國外單片集成 (MMIC)微波器件發(fā)展很快，這是一種在幾平方毫米砷化鎵基片上集成的微波放大器，其體積小、噪聲系數(shù)一般增益高。 [3]在 C 波段其噪聲溫度可達(dá) 25K 左右，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星接收。雙極結(jié)型晶體管器件被引入異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)制成 HBT。本文著重介紹如何使用 ADS 進(jìn)行低噪聲放大器的仿真與優(yōu)化設(shè)計。低噪 聲放大器位于射頻接收系統(tǒng)的前端，其主要功能是將來自天線的低電壓信號進(jìn)行小信號放大。 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） Ⅱ Design of wideband low noise amplifier based on ADS software simulation Abstract A new ultrabroad band low noise amplifier (LNA) was developed to use ATF55143 amplifier tube which has low noise、 high gain and low operating current, based on two negative feedbacks and wideband impedance matching technologies and ADS software subsidiary design. This LNA can be widely used in microwave munication philosophy of the RF wideband low noise amplifier is presented． The fabricated low noise amplifier is cascaded with both of detached devices and microstrip matching work． This design uses the chip of Agilent PHEMT ATF551M4andis simulated with Agilent ADS software． This LNA is fabricated on the FR4 with PCB drawn by Protel99se． The final test data is also provided． To reduce the noise of receiving frontends， the design and fabrication of an ultrawide band Low Noise Amplifier(LNA)， were presented based on negative feedback and wide band matching technologies. The amplifier tube ATF54143 made by Avago was chosen for this design， whose key indexes were simulated and optimized by using ADS2020. The test results indicate that the LNA shows the gain above 36 dB, flatness below 177。實測結(jié)果表明， 在 ~ GHz 范圍內(nèi)，其增益大于 36 dB，平坦度小于 177。最后利用Protel99 軟件對電路進(jìn)行了版圖設(shè)計，并在 FR4 基板上實現(xiàn)了該設(shè)計，給出了 設(shè)計 結(jié)果。 介紹了射頻寬帶放大器的設(shè)計原理及流程。該放大器成本較低，體積較小，可應(yīng)用于各種微波通訊領(lǐng)域。 因此決定此低噪聲放大器的應(yīng)用會十分廣泛。運用 ADS2020 對重要指標(biāo)進(jìn)行仿真及優(yōu)化。 關(guān)鍵宇：低噪聲放大器；噪聲系數(shù)；匹配 ； 電子技術(shù)；超寬帶；微波通訊 ； 超寬帶；負(fù)反饋 。 microwave munication； ultrawide band； negative feedback. 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 摘要 第一章 前言 ????????????????????????????? (1) 低噪聲放大器的簡介 ???????????????????????? ? (1) 低噪聲放大器的發(fā)展現(xiàn)狀 ?????? ???????????????? ? (1) 本課題的研究方法及主要工作 ???????????????????? ? （ 2） ADS軟件的介紹 ?????????????????????????? ? （ 2） 小結(jié) ??????????????????????????????? ? （ 3） 第二章 晶體管 ATF55143 小信號模型的提取 ???????????????? ? （ 4） 小信號模型的意義和作用 ?????????????????????? ? （ 4） ATF55143 的靜態(tài)工作點 ????????? ?????????????? ? （ 4） 直流分析 DC Tracing ???????????????????? ???? （ 5） 偏置電路的設(shè)計 ??????????????????????? ???? （ 9） 小信號模型的提取 ?????????????????????? ??? （ 11） 小信號模型的提取的 案 ??????????????????? ???? （ 12） 小信號模型提取的步驟 ??????????????????? ???? （ 15） 3 低噪聲放大器的設(shè)計 ?????????????????????? ??? （ 23） 低噪聲放大器電路設(shè)計與仿真 ????????????????? ??? （ 23） 設(shè)計目標(biāo)以及器件和偏置條件選定 ?????????????? ??? （ 23） 基于 ADS 寬頻低噪聲放大器的設(shè)計方案 ???????????? ???? （ 23） 穩(wěn)定性分析 ???????????????????????? ???