【正文】 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,最小噪聲系數(shù)達(dá)到，增益達(dá)到 17dB 左右，基本滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，只有輸出駐波比為 左右。 ADS 提供了 許多的匹配工具，這里采用 DA SmithChartMatch 進(jìn)行匹配 。 得到等增益圓和噪聲系數(shù)圓如下： c i r _ p t s ( 0 . 0 0 0 t o 5 1 . 0 0 0 )GaCircleR e a d o u tm4m6circleDatam5m4i n d e p ( m 4 ) =G a C i r c l e = 0 . 8 0 9 / 1 4 6 . 2 7 9g a i n = 1 6 . 1 5 3 2 9 6i m p e d a n c e = Z 0 * ( 0 . 1 1 5 j 0 . 2 9 9 )51m6i n d e p ( m 6 ) =G a C i r c l e = 0 . 5 1 5 / 1 2 6 . 8 1 1g a i n = 1 5 . 1 5 3 2 9 6i m p e d a n c e = Z 0 * ( 0 . 3 9 1 j 0 . 4 3 8 )50m5i n d e p ( m 5 ) =c i r c l e D a t a = 0 . 3 2 4 / 1 4 3 . 5 7 6n s f i g u r e = 0 . 4 9 0 6 4 5i m p e d a n c e = Z 0 * ( 0 . 5 5 1 j 0 . 2 3 6 )51 由該圖可知， m4 有最大增益時(shí)的輸入阻抗，此時(shí)最大增益為 。另外 ，放大器的直流和交流通路之間要添加射頻扼流電路，它實(shí)際上是一個無源低通電路，使直流信號能夠傳輸?shù)骄w管引腳。增益約為 16dB，因此就把該點(diǎn)作為晶體管的直流工作點(diǎn)。 一般對于低噪聲放大器采用高 Q 值的電感完成偏置和匹配功能，由于電阻會產(chǎn)生附加的熱噪聲，放大器的輸入端應(yīng)盡量避免直接連接到偏置電阻上。 S12 越大，內(nèi)部反饋越強(qiáng)，反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，將會引起放大器穩(wěn)定性變壞，甚至產(chǎn)生自激振蕩。在 data sheet 中已經(jīng)標(biāo)出最小和最大的 Vgs 電壓。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。 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)，故在次設(shè)計(jì)中我們采用輸出共軛匹配網(wǎng)絡(luò)。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。放大器的每一段源端蝕刻與相應(yīng)的地端相連的長度大約有 0． 05 英寸 (是從源端邊緣與其最近的第一個地過孔邊緣間測得 )，剩余并末使用的源端蝕刻可切斷除去。 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，增加一個無源元件不會使晶體管的噪聲性能 惡化其反饋量對于帶內(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 。 其封裝模型如圖 所示。 本設(shè)計(jì)采用安捷倫公司的 ATF54143， ATF54143 是一種增強(qiáng)型偽高電子遷移率晶體管 (EpHEMT)，具有噪聲低，增益高，線性范圍大等特點(diǎn)，是做 2GHz頻率低噪聲放大器的很好的選擇。 對微波電路中應(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)到幾個千兆噪聲系數(shù)為幾個分貝，而砷化鎵小信號的場效應(yīng)管的工作頻率更高，噪聲系數(shù)可在 1 分貝以下。 (4) 隔離器本身端口駐波比要小。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。 一個微波管的射頻絕對穩(wěn)定條件是 ： 22 21 1 2 21 2 2 11 2SSSS ?? （ △ =|S11*S22S12*S21| ） （ 212） 2 12 2111 1S S S?? ， 2 12 2122 1S S S?? 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)式中的三個條件都滿足時(shí)，才能保證放大器是絕對穩(wěn)定的。 S12 越大，內(nèi)部反饋越強(qiáng)，反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，將會引起放大器穩(wěn)定性變壞，甚至產(chǎn)生自激振蕩。在對放大器進(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= 211S ， G1 = 2211 1111 S????， G2= 2222 2211 S???? ， 對于特定的晶體管 S1 S22是確定的，不同的源反射系數(shù)Γ 1 和負(fù)載反射系數(shù)Γ 2 ，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。 輸入輸出匹配電路的設(shè)計(jì)原則 對于單級晶體管放大器的噪聲系數(shù)，可以將 表達(dá)式 ? ?222m in 1 14s o p ts o p tN F R? ? ??? ? ? (29) 化成一個圓的表達(dá)式，即等噪聲系數(shù)圓。 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，我們在設(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。 輸入匹配網(wǎng)絡(luò) 微波晶體管放大器 輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 圖 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= inout outinSN （ 21） 對單級放大器而言，其噪聲系數(shù)的計(jì)算為： ? ? 222m in 1 14s o p ts o p tN F R? ? ??? ? ? （ 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， Γ opt、Rn 和Γ s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) 。 圖 低噪聲 放大器的基本結(jié)構(gòu) 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)作為放大器的匹配電路，用于實(shí)現(xiàn)放大器的最佳源匹配和共軛匹配。 ◢選擇本文設(shè)計(jì)的低噪聲放大器的晶體管，并初步設(shè)計(jì)低噪聲放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)和偏置電路，穩(wěn)定性的解決方法。 低噪聲微波放大器（ LNA）已廣泛應(yīng)用于微波通信、 GPS 接收機(jī)、遙感遙控、雷達(dá)、電子對抗、射電天文、大地測繪、電視及各種高精度的微波測量系統(tǒng)中，是必不可少的重要電路。 自 1988 年以來，微波半導(dǎo)體器件的性能得到了迅猛的發(fā)展，增益高，噪聲低，頻率高，輸出功率大。 ◢ HEMT(PHEMT 和 MHEMT)高電子遷移率器件在很多場合下已經(jīng)取代了MESFET 器件。 SPICE 給出了雙極型 CMOS的非線性模型 BiCMOS, BiCMOS模型包括了同一硅片上的 BJTs ,N型 MOSFET和 P 型 。使用最多的等效電路模型是 GummelPoon 模型，之后出現(xiàn)了 VBIC 模型， MEXTRAM 模型和Philips 模型。低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)，所以低噪聲放大器的設(shè)計(jì)對整個接收機(jī)來說是至關(guān)重要的。放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。在放大微