【正文】 Mur=1，表示微帶線的相對磁導(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，此時可以觀察到低噪聲放大器在各個頻率點的阻抗如圖 39 所示。 本節(jié)主要是利用 ADS 進行匹配電路設(shè)計的主要內(nèi)容是利用無源匹配網(wǎng)絡(luò)進行阻抗變換，達到功率最大傳輸，重點是確保在源和負載之間形成最小反射。事實上，許多實際的匹配網(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載最大的 RF 功率，換句話說就是要實現(xiàn)最大的功率傳輸，必須使負載阻抗與源阻抗相匹配。由穩(wěn)定性圖標可知，在 90MHz3GHz頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定系數(shù) K＞ 1。 華北電力大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 36 一級放大電 路的仿真結(jié)果 （ 7） 同樣將重新設(shè)級圖 35所示的單級放大電路，將兩個單級放大電路進行級聯(lián)得到一個兩級放大電路如圖 37所示。如圖 35 所示。 （ 2） 接下來把理想的 DC_Feed 和 DC_Block 元器件改成實際的器件，本設(shè)計選用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，使其在整個工作頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定，反饋電路如圖 34 所示。因此，負反饋技術(shù)被廣泛地運用于寬帶放大器的設(shè)計當中。電阻起主要反饋作用，通過調(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反饋電路結(jié)構(gòu)。從晶體管的放大理論可知，只有絕對穩(wěn)定系數(shù) K＞ 1，放大器電路才會穩(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頻率點的精確數(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，彈出“ Plot Tracesamp。同時，直流偏置信號不能傳到兩端的 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（注意不是實際增益，實際增益看 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 以及負反饋電路 的設(shè)計 因為在第二章求 ATF55143 的靜態(tài)工作點時，已經(jīng)確定了一個直流電路。由于衰減器是阻型衰減，因此不能加在輸入 口或前級的級間，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代替，相當于電感元器件的負反饋。對于雙極晶體管，則是在發(fā)射極經(jīng)反饋元器件接地。 在實際設(shè)計中，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。 實際設(shè)計時，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 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 31 放大器的設(shè)計網(wǎng)絡(luò)圖 穩(wěn)定性分析 用 ADS 對器件 ATF 55143 的穩(wěn)定性進行分析 , 觀察器件在設(shè)計要求的頻率范圍內(nèi)和選定的偏置條件下是否保持絕對穩(wěn)定。單級放大器主要由輸入輸出匹配和放大部分構(gòu)成?？紤]到設(shè)計的簡潔性和經(jīng)濟性 , 兩級中的每一級都選用同一類型的放大器 , 在單級設(shè)計完成之后進行級聯(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)計的增益要求。 低噪聲放大器電路設(shè)計與仿真 設(shè)計目標以及器件和偏置條件選定 設(shè)計目標如下： 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)計對整個接收系統(tǒng)的性能指標起著關(guān)鍵作用。 F/ GHz Y11 Y12 Y21 Y22 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 華北電力大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 表 21 intrinsic device Y參數(shù) （ 10） 通過 中和偏置相關(guān)的本征元件的計算公式計算的到各個小信號模型和偏置相關(guān)的本征元件的參數(shù)如表 22 所示。 圖 226 計算 intrinsic device Z參數(shù)的方程 華北電力大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 227 intrinsic device Z參數(shù) （ 8） 在 ADS 中通過 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方程對話框 華北電力大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 225b 寫入 Z111方程對話框 同理放入計算 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 本科生畢業(yè)設(shè)計（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 選中計算 S、 Y、 Z 參數(shù)。 圖 222 拓撲電路的 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 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 小信號模型提取的步驟 （ 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 模型的拓撲電路如圖 221 所示。 和偏置相關(guān)的本征元件的計算方法如下： 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 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 220晶體管小信號模型等效電路 ①和偏置相關(guān)的本征元件： Gm,Gds,Cgs,Cgd,Cds,Ri,和τ。然后通過參數(shù)轉(zhuǎn)化以及相應(yīng)的計算，如圖 219所示，求得intrinsic device 的 Y參數(shù)，最后通過計算得到和偏置相關(guān)的本征元件的各個值。 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 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 小信號模型的提取 小信號模型的 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,就是當初設(shè)置的偏置結(jié)果。 華北電力大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 （ 6） 單擊仿真按鈕進行仿真。 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)標稱值，他們僅是理論計算的結(jié)果。有兩個網(wǎng)絡(luò)里面，晶體管的源極是有電阻的，但通常LAN 的設(shè)計中， S 級只接反饋電感（微帶線），所以選用第一個偏置網(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】點擊【 Amplifier】 ,彈出放大器設(shè)計導(dǎo)向?qū)υ捒?，選擇“ Transistor Bias Utility” ,單擊【 OK】按鈕，彈出“ Transistor Biass Utility”對話框，輸入前面確定的晶體管直流工作點 Vdd=3V,Vds=， Ids=30Ma(注意： ATF55143華北電力大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 的封裝上有兩個柵極 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。此時增益大約為 19dB，能滿足設(shè)計要求，那么晶體管的直流工作點就設(shè)為 Vds=,Ids=30mA。 圖 29 ATF55143的直流特性 從 ATF55143 的數(shù)據(jù)手冊，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。 圖 28 完整 DC_FET_T原理圖 圖 28中 DC_FET 中的各項參數(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數(shù)目 華北電力大學 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 VDS_start:初始漏 源電壓 VDS_st