【導(dǎo)讀】快速發(fā)展的無線通信對微波射頻電路如低噪聲放大器提出更高的性能。出所需的信息數(shù)據(jù)。它的噪聲性能直接決定著整機(jī)的性能，進(jìn)而決定接收機(jī)的靈敏度和。而近年來由于無線通信的迅猛發(fā)展也對其提出了新的要求，主要為：低。噪聲、低功耗、低成本、高性能和高集成度。所以本論文針對這一需求，完成了一個(gè)。聲放大器的設(shè)計(jì)。穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，結(jié)合Smith圓圖，對輸入輸出阻抗匹配電路進(jìn)行了仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，于2dB和增益大于15dB的低噪聲放大器。

　　

【正文】 阻抗變換的方法設(shè)計(jì)出需要的輸入匹配電路。利用 smith 圓圖和ADS 軟件可以方便的實(shí)現(xiàn) ? 型、 T 型、 π 型等匹配 電路，其中還涉及到帶寬及頻率響應(yīng)等問題，篇幅有限在這里不再贅述 。 對于輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，在多級的情況下，為了達(dá)到更高的功率增益，其輸出匹配采用共軛匹配的形式。通過器件手冊可以得到其 S參數(shù)，求出穩(wěn)定因子就可以判斷放大 器是否可以匹配。對于 1SK? 的放大器都是可以匹配的，當(dāng) 1SK? 時(shí)，理論上可以進(jìn)行匹配，但實(shí)際上不可行，因?yàn)橛善浞瓷湎禂?shù)可知，這是一種純電抗性匹配，而現(xiàn)實(shí)中的元件都是有電阻性分量的。當(dāng) sK 1時(shí)，在理論上可以匹配，但已無使用意義，因?yàn)檫@時(shí) | L? |=1。當(dāng) sK 1時(shí) ，無論是理論上還是在實(shí)際上都不能匹配成功。對于潛在不穩(wěn)定的匹配放大器而言，因?yàn)榈?sK 取值較大時(shí) | L? |有可能大于 1，所以 | L? |的取值將受到限制，不能隨意 取值。 由于我們制作放大器已經(jīng)首先選擇了穩(wěn)定的參數(shù)，所以其總是可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙端口的匹配，在輸入口已經(jīng)進(jìn)行了最小噪聲系數(shù)的匹配，在輸出口我們可以利用下面的公式計(jì)算出輸出口的負(fù)載反射系數(shù)： 22 42L B B CC???? (48) 其中 2 2 22 2 1 11 SB S S D? ? ? ?。 22 11 SC S S D??? (49) 得到負(fù)載反射系數(shù)后就可以按上面的方法進(jìn)行匹配電路的設(shè)計(jì)了 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 計(jì)算輸入阻抗 輸入阻抗數(shù)據(jù)如下 f re q2 . 3 2 0 G H z2 . 3 3 0 G H z2 . 3 4 0 G H z2 . 3 5 0 G H z2 . 3 6 0 G H z2 . 3 7 0 G H z2 . 3 8 0 G H z2 . 3 9 0 G H z2 . 4 0 0 G H z2 . 4 1 0 G H z2 . 4 2 0 G H z2 . 4 3 0 G H z2 . 4 4 0 G H z2 . 4 5 0 G H z2 . 4 6 0 G H z2 . 4 7 0 G H z2 . 4 8 0 G H z2 . 4 9 0 G H z2 . 5 0 0 G H z2 . 5 1 0 G H z2 . 5 2 0 G H z2 . 5 3 0 G H z2 . 5 4 0 G H z2 . 5 5 0 G H z2 . 5 6 0 G H z2 . 5 7 0 G H z2 . 5 8 0 G H z2 . 5 9 0 G H z2 . 6 0 0 G H z2 . 6 1 0 G H zZ i n 11 7 . 2 0 4 j 2 . 6 9 9 E1 5 1 7 . 2 5 0 + j 0 . 1 9 2 1 7 . 2 9 6 + j 0 . 3 8 4 1 7 . 3 4 3 + j 0 . 5 7 6 1 7 . 3 9 0 + j 0 . 7 6 7 1 7 . 4 3 8 + j 0 . 9 5 8 1 7 . 4 8 7 + j 1 . 1 4 9 1 7 . 5 3 6 + j 1 . 3 4 0 1 7 . 5 8 6 + j 1 . 5 3 0 1 7 . 5 9 1 + j 1 . 7 2 2 1 7 . 5 9 7 + j 1 . 9 1 3 1 7 . 6 0 3 + j 2 . 1 0 5 1 7 . 6 1 0 + j 2 . 2 9 6 1 7 . 6 1 7 + j 2 . 4 8 8 1 7 . 6 2 5 + j 2 . 6 7 9 1 7 . 6 3 4 + j 2 . 8 7 1 1 7 . 6 4 3 + j 3 . 0 6 3 1 7 . 6 5 3 + j 3 . 2 5 5 1 7 . 6 6 3 + j 3 . 4 4 7 1 7 . 6 7 2 + j 3 . 6 0 0 1 7 . 6 8 1 + j 3 . 7 5 4 1 7 . 6 9 0 + j 3 . 9 0 8 1 7 . 7 0 0 + j 4 . 0 6 1 1 7 . 7 1 0 + j 4 . 2 1 5 1 7 . 7 2 1 + j 4 . 3 6 9 1 7 . 7 3 2 + j 4 . 5 2 3 1 7 . 7 4 3 + j 4 . 6 7 7 1 7 . 7 5 5 + j 4 . 8 3 1 1 7 . 7 6 7 + j 4 . 9 8 6 1 7 . 7 8 3 + j 5 . 1 7 8 圖 411 用實(shí)部和虛部表示的輸入阻抗數(shù)據(jù) 由 上 圖可以看出，在中心頻率 處，輸入阻抗 Zin1=+ 單支節(jié)匹 配電路 在 SP模型的輸入端采用單支節(jié)匹配電路進(jìn)行匹配 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 412 單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)子電路 圖 413 帶有單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的原理圖 對原理圖進(jìn)行仿真后，得到的數(shù)據(jù)曲線如下： 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 1 2 3 4 50 6 3 0 2 0 1 0 4 00f r e q , G H zdB(S(1,1))R e a d o u tm1m1f r e q =d B ( S ( 1 , 1 ) ) = 3 0 . 5 6 42 . 4 5 0 G H z 1 2 3 4 50 6 4 0 2 00 6 020f r e q , G H zdB(S(2,1))R e a d o u tm2m2f r e q =d B ( S ( 2 , 1 ) ) = 7 . 7 0 12 . 4 5 0 G H z 1 2 3 4 50 6 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 7 0 1 0f r e q , G H zdB(S(1,2))R e a d o u tm3m3f r e q =d B ( S ( 1 , 2 ) ) = 1 7 . 7 1 12 . 4 5 0 G H z 1 2 3 4 50 68642 1 00f r e q , G H zdB(S(2,2))R e a d o u tm4m4f r e q =d B ( S ( 2 , 2 ) ) = 3 . 3 2 32 . 4 5 0 G H z 圖 414 11s 、 12s 、 21s 、 和 22s 曲線 由圖 414 可以看出， 11S 、 12S 、 21S 和 22S 曲線在中心頻率處的參數(shù)如下 ： （ 1） 11S 曲線在中心頻率處的值為 , 表明輸入匹配良好。 （ 2） 22S 曲線在中心頻率處的值為 ，表明輸出匹配不好。 （ 3） 21S 曲線在中心頻率處的值為 ，表明增益沒有達(dá)到技術(shù)指標(biāo) 。 設(shè)計(jì)并優(yōu)化輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 從 圖 414 可以看出，只添加輸入匹配網(wǎng)絡(luò)不能滿足技術(shù)指標(biāo)，下面同時(shí)添加輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，并對輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。 輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)如下： 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 415 輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)原理圖 對設(shè)計(jì)好的原理進(jìn)行優(yōu)化和仿真。利用優(yōu)化控件 Optim 和目標(biāo)控件 GOAL,如圖所示： 圖 416 設(shè)置完成的優(yōu)化控件和目標(biāo)控件 優(yōu)化后 查看仿真 2 4 6 0 0 3 4 5 6 2 7f r e q , G H znf(2)R eadoutm1m2m1f req=nf (2)= 1. 7602. 400GH zm2f req=nf (2)= 1. 7252. 500GH z 2 4 6 0 016. 5616. 5416. 5216. 5016. 4816. 4616. 5816. 44f r e q , G H zdB(S(1,2))R e a d o u tm1m2m1f r e q =d B ( S ( 1 , 2 ) ) = 1 6 . 5 6 92 . 4 0 0 G H zm2f r e q =d B ( S ( 1 , 2 ) ) = 1 6 . 4 5 62 . 5 0 0 G H z 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 417 噪聲系數(shù) 圖 418 反向電壓增益 2 4 6 0 0 30 35 40 45 50 25 55f r e q , G H zStabFact1R eadoutm3m4m3f req=St abF ac t 1= 1. 0262. 400GH zm4f req=St abF ac t 1= 1. 0512. 500GH z 2 4 6 0 017. 617. 818. 017. 418. 2f r e q , G H z2*dB(S(2,1))R eadoutm5m6m5f req=2* dB(S(2 , 1))= 18. 1232. 400GH zm6f req=2* dB(S(2 , 1))= 17. 4652. 500GH z 圖 418 K 因子 圖 419 增益 2 4 6 0 0 70 75 80 65 85f r e q , G H zVSWR1R eadoutm7m8m7f req=V SW R 1= 1. 2672. 400GH zm8f req=V SW R 1= 1. 2832. 500GH z 2 4 6 0 0 0 2 4 6 8 0f r e q , G H zVSWR2R eadoutm9m 10m9f req=V SW R 2= 3. 0932. 400GH zm 10f req=V SW R 2= 2. 9882. 500GH z 圖 420 輸入和輸出駐波比 VSWR1 和 VSWR2 由仿真圖可以看出，在頻段 ~， a) K1,說明系統(tǒng)處于絕對穩(wěn)定狀態(tài)； b) ＜ S12＜ ，說明具有良好的輸入輸出隔離度； c) Nf(2),說明噪聲系數(shù)達(dá)到指標(biāo)； d) VSWE1, 說明輸入駐波比達(dá)到指標(biāo)； e) 增益 G， 說明增益達(dá)到指標(biāo) ； f) VSWE2, 說明輸出駐波比沒有達(dá)到指標(biāo)； 設(shè)計(jì)到目前為止，只有輸出駐波比沒有達(dá)到指標(biāo)。此文采用二級級聯(lián)的方法解決此問題，因?yàn)榈鹊郊由掀镁W(wǎng)絡(luò)后增益也會(huì)有所下降，并且此方法也可以減小輸出駐波比。 二級級聯(lián)的原理圖如下： 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 421 二級級聯(lián)放大器原理圖 對此原理圖進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下所示 ： 2 4 6 0 0 0 2 4 6 8 8 0f r e q , G H znf(2)R eadoutm1m2m1f req=nf (2)= 2. 283opt I t er= 1482. 400GH zm2f req=nf (2)= 2. 387opt I t er= 1482. 500GH z 2 4 6 0 0 6 8 0 2 4 4 6f r e q , G H zVSWR1R eadoutm3m4m3f req=V SW R 1= 1. 055opt I t er= 1482. 400GH zm4f req=V SW R 1= 1. 159opt I t er= 1482. 500GH z 圖 422 噪聲系數(shù) 圖 423 輸入駐波比 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)