基于ads的低噪聲放大器設(shè)計(jì)與仿真(存儲(chǔ)版)
【正文】 （23）其中NFn為第n級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，Gn 為第n級(jí)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)。 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(duì)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(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管的工作頻率更高，噪聲系數(shù)可在1分貝以下。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。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)。 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，則沒有要求。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、無線本地環(huán)路、固定無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。在源極串聯(lián)電感后，可以增加晶體管雙端口網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗的實(shí)部，而虛部基本保持不變，使其逐漸與最佳噪聲匹配的阻抗重合；另一方面，增加一個(gè)無源元件不會(huì)使晶體管的噪聲性能惡化其反饋量對(duì)于帶內(nèi)帶外的電路增益、平穩(wěn)性和輸入輸出回波損耗有著巨大的作用。其不僅僅被用于獲得低的噪聲系數(shù)，同時(shí)它還可以用于獲得更高的IIP3，更高的增益以及輸入回波損耗。根據(jù)器件特性選擇最佳條件，這里選取ATF54143的典型直流工作點(diǎn)參數(shù)：Vds=3V，Ids=60mA；偏置的方式采用了電阻偏置，它有較好的溫度穩(wěn)定性。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。增益約為16dB，因此就把該點(diǎn)作為晶體管的直流工作點(diǎn)。得到等增益圓和噪聲系數(shù)圓如下：由該圖可知，m4有最大增益時(shí)的輸入阻抗。 結(jié)論分析由以上系列圖可知：輸出反射小于27dB,輸出反射參數(shù)接近13dB，穩(wěn)定性1,，增益達(dá)到17dB左右，基本滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。得到其匹配子電路如下：最大增益輸出匹配需要滿足：負(fù)載50歐姆在加入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)后的等效負(fù)載需要為輸出端阻抗的共軛值。在此時(shí)，整個(gè)電路在低頻端不穩(wěn)定， 并且低頻段的增益還是比較高，實(shí)際電路中可能會(huì)引起自激振蕩，解決此問題的辦法就是用較小的截止阻抗。 四、設(shè)計(jì)目標(biāo)本實(shí)例采用的是高電子遷移率晶體管ATF54143芯片進(jìn)行低噪聲放大器設(shè)計(jì)。 電路中需要注意的一些問題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。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)，在此設(shè)計(jì)中柵極和漏極采用同一電源提供工作電壓。為避免這種情況，在初始LNA的設(shè)計(jì)原型階段，盡量準(zhǔn)確地確定源端電感的量值，并且仿真中也要調(diào)節(jié)源端電感量的大小，找出最優(yōu)值優(yōu)化LNA性能。 穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定判別公式： （ △=|S11*S22S12*S21| ） （31）查看Data sheet 計(jì)算出在f=，此時(shí)管子的S參數(shù)如下：S11=*S12=+j*S21=+j*S22=*K=，K1，可知該管子在該頻率附近不是絕對(duì)穩(wěn)定的，由于AFT54143在工作頻段內(nèi)不是絕對(duì)穩(wěn)定的，為了提高放大器的穩(wěn)定性，可以在輸出端并聯(lián)一個(gè)100Ω的電阻。 我們?cè)谶x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，工作頻率高端可達(dá)到6GHz。1，b1。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。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)。 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。 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。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)過程。◢HBT 異質(zhì)結(jié)雙極結(jié)晶體管是為
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