【正文】 ur=1，表示微帶線的相對(duì)磁導(dǎo)率為 1 Cond=+7，表示微帶線的電導(dǎo)率為 +7 Hu=+33mm，表示微帶線電路的封裝高度為 +33mm T=，表示微帶線的金屬側(cè)厚度近似 為 (3) 選擇 Passive Circuit DGMatching 元件面板，面板中是各種類型的微帶線匹配電路，選擇采用單分支匹配電路 SSMtch,并插入原理圖中。單擊仿真按鈕，仿真結(jié)束后，單擊數(shù)據(jù)顯示窗口中 按鈕，分別插入關(guān)于輸入阻抗 Z11 和輸出阻抗 S22 的數(shù)據(jù)列表，此時(shí)可以觀察到低噪聲放大器在各個(gè)頻率點(diǎn)的阻抗如圖 39 所示。 本節(jié)主要是利用 ADS 進(jìn)行匹配電路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用無(wú)源匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗變換，達(dá)到功率最大傳輸，重點(diǎn)是確保在源和負(fù)載之間形成最小反射。事實(shí)上，許多實(shí)際的匹配網(wǎng)絡(luò)并不是僅僅為了減小功率損耗而設(shè)計(jì)的，他們還具有其他功能，如減小噪聲干擾、提高功率容量和提高頻率響應(yīng)的線性度等。阻抗匹配就意味著源傳遞給負(fù)載最大的 RF 功率，換句話說(shuō)就是要實(shí)現(xiàn)最大的功率傳輸，必須使負(fù)載阻抗與源阻抗相匹配。由穩(wěn)定性圖標(biāo)可知，在 90MHz3GHz頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定系數(shù) K＞ 1。 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 36 一級(jí)放大電 路的仿真結(jié)果 （ 7） 同樣將重新設(shè)級(jí)圖 35所示的單級(jí)放大電路，將兩個(gè)單級(jí)放大電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)得到一個(gè)兩級(jí)放大電路如圖 37所示。如圖 35 所示。 （ 2） 接下來(lái)把理想的 DC_Feed 和 DC_Block 元器件改成實(shí)際的器件，本設(shè)計(jì)選用MuRata(日本村田公司 )的電感和電容。一般情況下，要反復(fù)調(diào)節(jié)反饋電 路，使其在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定，反饋電路如圖 34所示。因此，負(fù)反饋技術(shù)被廣泛地運(yùn)用于寬帶放大器的設(shè)計(jì)當(dāng)中。電阻起主要反饋?zhàn)饔?，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻值的大小可以調(diào)節(jié)反饋量的多少。 在寬帶低噪聲放大器設(shè)計(jì)中，為了保證放大器增益的線性度和帶寬，一般選用平衡放大或負(fù)反饋電路結(jié)構(gòu)。從晶體管的放大理論可知，只有絕對(duì)穩(wěn)定系數(shù) K＞ 1，放大器電路才會(huì)穩(wěn)定，這里 K＜ 1，不穩(wěn)定。按鈕，然后單擊數(shù)據(jù)顯示窗口 可以看到曲線上某個(gè)頻率點(diǎn)的精確數(shù)值，如圖 33 所示。仿真結(jié)束后，單擊數(shù)據(jù)顯示窗口左側(cè)的 圖標(biāo)，彈出“ Plot Tracesamp。同時(shí)，直流偏置信號(hào)不能傳到兩端的 Term,需加隔直電容，【 DC_Block】隔直電容代替。其中“ Term”是端口，一般阻抗默認(rèn)為 50 Ohm；“ StabFact”控件是穩(wěn)定系數(shù)，也就是 K，在這里要求 K＞ 0；“ MaxGain”是最大增益控件（注意不是實(shí)際增益，實(shí)際增益看 S21）；“ Sparaments”控件里設(shè)置仿真的參數(shù)。新建原理圖命名為“ LAN_schematic_1” ,添加各種元器件并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)后的原理如圖 524 所示。 偏置電路 以及負(fù)反饋電路 的設(shè)計(jì) 因?yàn)樵诘诙虑?ATF55143 的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，已經(jīng)確定了一個(gè)直流電路。由于衰減器是阻型衰減，因此不能加在輸入 口或前級(jí)的級(jí)間，以免影響噪聲系數(shù)。其中 為隔離器前的反射系數(shù)，Γ為加隔離器后的反射系數(shù)。因此反饋元器件常用一段微波線來(lái)代替，相當(dāng)于電感元器件的負(fù)反饋。對(duì)于雙極晶體管，則是在發(fā)射極經(jīng)反饋元器件接地。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為改善射頻微波管自身穩(wěn)定性，有以下幾種方法。 （ 1）引入電阻匹配元器件， K≥ 1 和 Gmax≈ Gms。 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)。 K 為穩(wěn)定性判別系數(shù)， K＞ 1是穩(wěn)定狀態(tài)。 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 31 放大器的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)圖 穩(wěn)定性分析 用 ADS 對(duì)器件 ATF 55143 的穩(wěn)定性進(jìn)行分析 , 觀察器件在設(shè)計(jì)要求的頻率范圍內(nèi)和選定的偏置條件下是否保持絕對(duì)穩(wěn)定。單級(jí)放大器主要由輸入輸出匹配和放大部分構(gòu)成。考慮到設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性和經(jīng)濟(jì)性 , 兩級(jí)中的每一級(jí)都選用同一類型的放大器 , 在單級(jí)設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行級(jí)聯(lián)。采用Vds =2. 7V 和 Ids =30mA 的直流偏置條件 , 能夠滿足 放大器設(shè)計(jì)的增益要求。 低噪聲放大器電路設(shè)計(jì)與仿真 設(shè)計(jì)目標(biāo)以及器件和偏置條件選定 設(shè)計(jì)目標(biāo)如下： 工作頻率 ‐ 增益 Gain＞ 36dB 駐波比 VSWRin＜ ， VSWRout＜ 平坦度177。 本 章 介紹了一種寬帶低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方法。由于 LNA 在接收系統(tǒng)中的特殊位置和作用，該部件的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)的性能指標(biāo)起著關(guān)鍵作用。 F/ GHz Y11 Y12 Y21 Y22 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 表 21 intrinsic device Y參數(shù) （ 10） 通過(guò) 中和偏置相關(guān)的本征元件的計(jì)算公式計(jì)算的到各個(gè)小信號(hào)模型和偏置相關(guān)的本征元件的參數(shù)如表 22所示。 圖 226 計(jì)算 intrinsic device Z參數(shù)的方程 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 227 intrinsic device Z參數(shù) （ 8） 在 ADS 中通過(guò) Z 參數(shù)和 Y參數(shù)轉(zhuǎn)化公式如圖 228所示，將 Z參數(shù)轉(zhuǎn)化為 Y 參數(shù)，得到 intrinsic device 的 Y 參數(shù)如圖 229 所示。 圖 225a 寫入ω方程對(duì)話框 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 225b 寫入 Z111方程對(duì)話框 同理放入計(jì)算 Z11 Z12 Z122 的方程如圖 226所示。由于ω是角頻率，單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的的方程控件，輸入計(jì)算表角頻率的公式如圖 225a 所示。在數(shù)據(jù)顯示視窗中，單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的數(shù)據(jù)列表圖，插入數(shù)據(jù)顯示方式，顯示 S 參數(shù)和 Z 參數(shù)， Z參數(shù)如圖華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 224 所示。 圖 223 去嵌入電路原理圖 （ 5） 單擊 S 參數(shù)仿真控件，設(shè)置仿真參數(shù)，在 Parameters 選中計(jì)算 S、 Y、 Z參數(shù)。 圖 222 拓?fù)潆娐返?S參數(shù) （ 3） 執(zhí)行菜單命令【 Tools】然后單擊【 Data File Tool】 ,彈出 dftool/mainWindow 對(duì)話框，在“ Out file name” 單擊【 Browse】選擇路徑并命名為“ ” 文件，在【 Dataset name】選擇“ TuopuCircuits” 如圖 223所示。) () τ =Im(Y21)/(ω gm)RiCgsCgd/gm () where D=1+[Re(Y11)/ (Im (Y11)+ Im (Y12))]2 () 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 小信號(hào)模型提取的步驟 （ 1） 新建原理圖命名為 “ TuopuCircuits” ,添加各種元件和控件 ， 按照 Avago 公司給出的 ATF55143 的模型如圖 217 畫出 ATF55143 模型的拓?fù)潆娐啡鐖D 221 所示。 和偏置相關(guān)的本征元件的計(jì)算方法如下： gm=Re(Y21) () Gd=Re(Y21) () Cgd=Im(Y12) () Cgs=Im(Y11+Y12)D/ω () Cds= Im(Y11+Y12)/ω () Ri=Re(Y11)D/(ω 178。 圖 219 ATF55143 的等效模型 由 Avago 公司給的模型里給出的 ATF55143 的參數(shù)模型里如圖所示。等效電路模型元件大體上可以分為以下兩部分： 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 220晶體管小信號(hào)模型等效電路 ①和偏置相關(guān)的本征元件： Gm,Gds,Cgs,Cgd,Cds,Ri,和τ。然后通過(guò)參數(shù)轉(zhuǎn)化以及相應(yīng)的計(jì)算，如圖 219 所示，求得intrinsic device 的 Y 參數(shù)，最后通過(guò)計(jì)算得到和偏置相關(guān)的本征元件的各個(gè)值。 圖 215 晶體管各端偏置電壓電流 圖 216 偏置電路原理圖 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 小信號(hào)模型的提取 小信號(hào)模型的 提取的方案 由 Avago 公司給的模型里給出的晶體管 ATF55143 的模型如圖 217 所示，以及圖 220晶體管的小信號(hào)模型所示。 （ 7）新建原理圖命名為“ BiasCircuit2”。 在這里可以看到 Vds=,Id=60mA,就是當(dāng)初設(shè)置的偏置結(jié)果。 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 （ 6） 單擊仿真按鈕進(jìn)行仿真。 圖 214 偏置子電路 從圖中可以看出， R2和 R4的電阻都不是常規(guī)標(biāo)稱值，他們僅是理論計(jì)算的結(jié)果。有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面，晶體管的源極是有電阻的，但通常LAN 的設(shè)計(jì)中， S級(jí)只接反饋電感（微帶線），所以選用第一個(gè)偏置網(wǎng)絡(luò)。 圖 212 完成后的偏執(zhí)電路原理圖 （ 3）執(zhí)行菜單命令【 Design Guide】點(diǎn)擊【 Amplifier】 ,彈出放大器設(shè)計(jì)導(dǎo)向?qū)υ捒?，選擇“ Transistor Bias Utility” ,單擊【 OK】按鈕，彈出“ Transistor Biass Utility”對(duì)話框，輸入前面確定的晶體管直流工作點(diǎn) Vdd=3V,Vds=， Ids=30Ma(注意： ATF55143華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 的封裝上有兩個(gè)柵極 Ids=30Ma,相加就是 Id=60mA),如圖 213 所示。在原理圖中放入 ATF55143 的模型和“ DA_FETBias”控件，如圖 211 所示。此時(shí)增益大約為 19dB，能滿足設(shè)計(jì)要求，那么晶體管的直流工作點(diǎn)就設(shè)為 Vds=,Ids=30mA。 圖 29 ATF55143的直流特性 從 ATF55143 的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以看到噪聲 Vds 和 Ids的關(guān)系，如圖 210 所示，從而確定靜態(tài)工作點(diǎn)。 圖 28 完整 DC_FET_T原理圖 圖 28中 DC_FET 中的各項(xiàng)參數(shù)含義如下： VGS_start：起始柵極電壓 VGS_stop：終止柵極電 壓 VGS_points：柵極電流值的采樣點(diǎn)數(shù)目 華北電力大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 VDS_start:初始漏 源電壓 VDS_start:終