基于ads的低噪聲放大器設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)論文-預(yù)覽頁
【正文】 晶體管放大器輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)50W50WGSGLGinGoutVSWRinVSWRout 二端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)的定義為放大器輸入信噪比與輸出信噪比的比值，即： NF= （21）對(duì)單級(jí)放大器而言，其噪聲系數(shù)的計(jì)算為： （22）其中 Fmin為晶體管最小噪聲系數(shù)，是由放大器的管子本身決定的， Γopt、Rn 和Γs分別為獲得 Fmin時(shí)的最佳源反射系數(shù)、晶體管等效噪聲電阻、以及晶體管輸入端的源反射系數(shù)。 輸入輸出駐波比低噪聲放大器的輸入輸出駐波比表征了其輸入輸出回路的匹配情況，我們?cè)谠O(shè)計(jì)低噪聲放大器的匹配電路時(shí)，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)一般為獲得最小噪聲而設(shè)計(jì)為接近最佳噪聲匹配網(wǎng)絡(luò)而不是最佳功率匹配網(wǎng)絡(luò)，而輸出匹配網(wǎng)絡(luò)一般是為獲得最大功率和最低駐波比而設(shè)計(jì)，所以，低噪聲放大器的輸入端總是存在某種失配。 除以上各項(xiàng)外，低噪聲放大器的工作頻率、工作帶寬及通帶內(nèi)的增益平坦度等指標(biāo)也很重要，設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真考慮。 輸入輸出匹配電路的設(shè)計(jì)原則對(duì)于單級(jí)晶體管放大器的噪聲系數(shù)，可以將表達(dá)式 (29)化成一個(gè)圓的表達(dá)式，即等噪聲系數(shù)圓。在對(duì)放大器進(jìn)行單項(xiàng)化設(shè)計(jì)時(shí)（假定S12＝0），轉(zhuǎn)移功率增益GT可以由如下公式表示：GT=G0G1G2 （211） 其中G0=，G1 = ，G2= ， 對(duì)于特定的晶體管S1S22是確定的，不同的源反射系數(shù)Γ1 和負(fù)載反射系數(shù)Γ2 ，可以構(gòu)成恒定增益圓，設(shè)計(jì)時(shí)只須將源和負(fù)載反射系數(shù)分別匹配到相應(yīng)的圓上，便能得到相應(yīng)的增益。S12越大，內(nèi)部反饋越強(qiáng)，反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)引起放大器穩(wěn)定性變壞，甚至產(chǎn)生自激振蕩。 一個(gè)微波管的射頻絕對(duì)穩(wěn)定條件是： （ △=|S11*S22S12*S21| ） （212） ，K稱為穩(wěn)定性判別系數(shù)，K大于1是穩(wěn)定狀態(tài)，只有當(dāng)式中的三個(gè)條件都滿足時(shí)，才能保證放大器是絕對(duì)穩(wěn)定的。在實(shí)際的微波放大器電路中，電路尺寸很小，外接阻抗元件難以實(shí)現(xiàn)，因此反饋元件常用一段微帶線來代替，它相當(dāng)于電感性元件的負(fù)反饋。則＝ G0為加隔離器前的反射系數(shù)，G為加隔離器后的反射系數(shù)。在不少情況下，放大器輸出口潛在不穩(wěn)定區(qū)較大，在輸出端加P型阻性衰減器，對(duì)改善穩(wěn)定性相當(dāng)有效。 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。因此,atf54143的偏置電路更像是雙極型晶體管的偏置電路。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)的微帶線來代替。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)上將源端焊盤與地端相連，并只有非常短的一段蝕刻。 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。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，所以在本低噪聲放大器中選用共軛匹配的輸入網(wǎng)路。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。當(dāng)Vds=3V，Vgs=，漏極電流約60mA。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)。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。設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：◢~ 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). 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(xiàn)接近最小值。進(jìn)行S參數(shù)設(shè)計(jì)的仿真，需要添加很多的控件。我們首先觀察該頻段上的噪聲系數(shù)： 噪聲系數(shù)從上圖可知，接下來我們就要實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)妮斎肫ヅ渚W(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)最小的噪聲系數(shù)。下面進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。（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：最小噪聲系數(shù)：穩(wěn)定性：S參數(shù)：其實(shí)上圖就是增益：我們接著給出增益曲線：可以發(fā)現(xiàn)，兩者基
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