【正文】 f r e q =d B ( S P 1 . S P . S ( 2 , 2 ) ) = 1 2 . 2 6 82 . 4 5 0 G H z 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 51 . 0 4 . 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 8 0 1 0f r e q , G H zdB(SP3.SP.S(1,2))R e a d o u tm8m8f r e q =d B ( S P 3 . S P . S ( 1 , 2 ) ) = 1 9 . 0 5 72 . 4 6 0 G H z1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 51 . 0 4 . 0 4 0 3 0 2 0 1 0010 5 020f r e q , G H zdB(SP3.SP.S(2,1))其實(shí)上圖就是增益： 我們接著給出增益曲線： 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 50 . 0 4 . 0 4 0 2 0020 6 040f r e q , G H zSP1.MaxGain1R e a d o u tm3m3f r e q =S P 1 . M a x G a i n 1 = 1 6 . 8 0 92 . 4 5 0 G H z 可以發(fā)現(xiàn)，兩者基本一致。下面進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。 噪聲系數(shù)園和輸入匹配 我們首先觀察該頻段上的噪聲系數(shù)： 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 50 . 0 4 . 00 . 51 . 01 . 52 . 02 . 53 . 00 . 03 . 5f re q , G H zNFminR e a d o u tm3m3f re q =N F m i n = 0 . 3 5 41 . 6 8 0 G H z 圖 噪聲系數(shù) 從上圖可知，噪聲系數(shù)最小點(diǎn)為 ，接下來(lái)我們就要實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)妮斎肫ヅ渚W(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)最小的噪聲系數(shù)。 穩(wěn)定性分析 進(jìn)行 S 參數(shù)設(shè)計(jì)的仿真，需要添加很多的控件。 設(shè)計(jì)目標(biāo)如下： ◢工作頻率 ~ ISM 頻段 ◢噪聲系數(shù) NF ◢增益 Gain15 ◢ VSWRin,VSWRout 五 、 ADS 軟件仿真 設(shè)計(jì) 和結(jié)論 ADS仿真設(shè)計(jì) 直流分析 DC TRacing 設(shè)計(jì) LNA 的第一步是確定集體管的直流工作點(diǎn) . 圖 直流偏置曲線 由上圖可知，在 2GHz 時(shí)，當(dāng) V=2v 且 I=20mA 時(shí)， F 接近最小值。在同樣的反饋系數(shù)S12的情況下， S21越大當(dāng)然反饋的功率也越強(qiáng)，因此 S21也影響放大器的穩(wěn)定性。 在以上的討論中我們忽略了晶體管的反向傳輸系數(shù)，實(shí)際中微波場(chǎng)效應(yīng)晶體 管和雙極性晶體管都存在內(nèi)部反饋，微波管的 S12就表示內(nèi)部反饋量，它是電壓波的反向傳輸系數(shù)。當(dāng) Vds=3V， Vgs=時(shí)，漏極電流約 60mA。 直流偏置電路為放大器提供合適的電壓和電流，使得晶體管工作于要求的靜態(tài)工作點(diǎn)，并在晶體管參數(shù)和溫度變化的范圍內(nèi)，保持靜態(tài)工作點(diǎn)的恒定。 由于 ATF54143 管子在工作頻帶內(nèi)的良好 的低噪聲系數(shù)性能，在 NF 條件下可以在設(shè)計(jì)輸入匹配中選用共軛匹配，所以在本低噪聲放大器中選用共軛匹配的輸入網(wǎng)路。 輸入輸出匹配電路電路設(shè)計(jì) 射頻輸入端匹配在低噪聲放大器設(shè)計(jì)中通常都起著關(guān)鍵性的作用。當(dāng)每個(gè)源端與微帶相連時(shí)，沿著微帶線的任何一點(diǎn)都可以連接到地端，要得到最低的電感值，只需在距元件源端最近的點(diǎn)上將源端焊盤(pán)與地端相連，并只有非常短的一段蝕刻。為確保 ATF54143 在盡可能寬的頻帶內(nèi)保持穩(wěn)定，這里采取源極引入串聯(lián)感性反饋的方法，電感采用一段很細(xì)的微帶線來(lái)代替 。但是與一般的雙極型晶體管不同 ,它的偏置電壓不是 ,而是工作在大約。 安捷倫公司的 ATF54143 是一種增強(qiáng)型偽高電子遷移率晶體管 (EpHEMT)，不需要負(fù)柵極電壓，與耗盡型管相比較，可以簡(jiǎn)化排版而且減少零件數(shù)，該晶體管最顯著的特點(diǎn)是低噪聲，并具有高增益、高線性度等特性，他特別適用于工作頻率范圍在 450 MHz～ 6 GHz 之間的蜂窩／ PCS／ wCDMA基站、無(wú)線本地環(huán)路、固定無(wú)線接入和其他高性能應(yīng)用中的第一 階和第二階前段低噪聲放大器電路中。 三、 低噪聲放大器的設(shè)計(jì) 放大器設(shè)計(jì)的主要流程 選擇晶體管 S 參 數(shù)，噪聲參數(shù)，功率輸出，價(jià)格 計(jì)算 K 值 K1 計(jì)算 Gma k1 計(jì)算增益 Gma 在 TS和 TL 平面內(nèi)畫(huà)出不穩(wěn)定區(qū) 假設(shè) S12=0，在頻率 f2設(shè)計(jì) M1,M2 在穩(wěn)定區(qū)令增益 Gma，在 f2設(shè)計(jì) M1,M2 畫(huà)出 TS和 TL多頻率的變化曲線，檢驗(yàn)穩(wěn)定性 設(shè)計(jì)直流偏置電路，在檢驗(yàn)穩(wěn)定性 安排整個(gè)放大器電路 核實(shí)可實(shí)現(xiàn)性 安排光刻 是 否 否 否 否 是 低噪聲放大管的選擇 低噪聲放大器 (LNA)是射頻微波電路接收前端的主要部分，由于他位于接收機(jī)的最前端，要求他的噪聲越小越好，但又要求有一定的增益，最小噪聲 和最大增益一般不能同時(shí)滿(mǎn)足，獲取最小噪聲和最大功率是矛盾的，一般電路設(shè)計(jì)總是選擇折中的方案來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，以犧牲一定的增益來(lái)獲得最小噪聲，而在射頻微波通信電路中，需要處理微弱的射頻微波信號(hào)，因此，討論合適的低噪聲放大器電路的設(shè)計(jì)具有非常實(shí)際的意義。 用以改善穩(wěn)定性的隔離器應(yīng)該具有的特性是： (1) 頻帶必須很寬，要能夠覆蓋低噪聲放大器不穩(wěn)定頻率范圍； (2) 反向隔離度并不要求太高； (3) 正向衰減只需保證工作頻帶之內(nèi)有較小衰減，以免影響整機(jī)噪聲系數(shù)，而工作頻帶外，則沒(méi)有要求。對(duì)于雙極晶體管則是在發(fā)射極經(jīng)反饋元件接地。在同樣的反饋系數(shù) S12 的情況下， S21 越大當(dāng)然反饋的功率也越 強(qiáng)，因此 S21 也影響放大器的穩(wěn)定性。 在以上的討論中我們忽略了晶體管的反向傳輸系數(shù)，實(shí)際中微波場(chǎng)效應(yīng)晶體 管和雙極性晶體管都存在內(nèi)部反饋，微波管的 S12就表示內(nèi)部反饋量，它是電壓波的反向傳輸系數(shù)。實(shí)際設(shè)計(jì)中由于要兼顧到放大器的增益，通常我們不取最小噪聲系數(shù)。 2）微波低噪聲管要有足夠高的增益和高的動(dòng)態(tài)范圍 ,一般要求放大器工作增益大于 10dB 以上 , 當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到系統(tǒng)最大值時(shí)由放大器非線性引起的交調(diào)產(chǎn)物小于系統(tǒng)本底噪聲，對(duì)于 ZXPCS 大基站項(xiàng)目由于最大輸入信號(hào)小于44dBm，考慮到放大器 13dB 左右增益，我們選取了 ATF34143 場(chǎng)效應(yīng)管它的增益可達(dá) 15dB， OIP3 為 30dBm左右。 放大器的動(dòng)態(tài)范圍（ IIP3） 在低噪聲放大器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮整個(gè)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，以免在接收機(jī)后級(jí)造成嚴(yán)重的非線性失真，一般應(yīng)選擇低噪聲放大器的輸入三階交調(diào)點(diǎn) IIP3較高一點(diǎn)，至少比最大輸入信號(hào)高 30dB，以免大信號(hào)輸入時(shí)產(chǎn)生非線性失真。所以，一般來(lái)說(shuō)低噪聲放大器的增益確定應(yīng)與系統(tǒng)的整機(jī)噪聲系數(shù)、接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍 等結(jié)合起來(lái)考慮。 低噪聲放大器的基本指標(biāo) 低噪聲放大器的二端口網(wǎng)路的基本結(jié)構(gòu)圖，如圖 所示。 低噪聲放大器基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖，如圖 所示。 本文研究的主要內(nèi)容安排如下： ◢分析一般低噪聲放大器的基本結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)基本指標(biāo)，低噪聲放大器的一般設(shè)計(jì)過(guò)程。 SiC和 GaN 的發(fā)明已經(jīng)使得 FET 實(shí)現(xiàn)大高功率器件， N 溝道 MOSFET 有望擔(dān)綱 60GHz器件 。 ◢ HBT 異質(zhì)結(jié)雙極結(jié)晶體管是為了提高 GaAs BJT 的發(fā)射效率于 1965 年提出，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展工程，而 1985 年出現(xiàn)的 SiGe BJT 最大結(jié)溫 Tj,max 僅為155℃呈現(xiàn)出良好的微波特性。這種器件的非線性模型 MESFET/HEMT 由幾個(gè)著名器件和軟件廠商給出，還在不斷完善。 雙擴(kuò)