【正文】 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，仿真結束后，單擊數(shù)據(jù)顯示窗口中按鈕，分別插入關于輸入阻抗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進行匹配電路設計的主要內容是利用無源匹配網(wǎng)絡進行阻抗變換，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)絡并不是僅僅為了減小功率損耗而設計的，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頻率范圍內穩(wěn)定系數(shù)K＞1。圖36 一級放大電路的仿真結果（7） 同樣將重新設級圖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，本設計選用MuRata(日本村田公司)的電感和電容。一般情況下，要反復調節(jié)反饋電路，使其在整個工作頻率范圍內穩(wěn)定，反饋電路如圖34所示。因此，負反饋技術被廣泛地運用于寬帶放大器的設計當中。電阻起主要反饋作用，通過調節(jié)電阻值的大小可以調節(jié)反饋量的多少。在寬帶低噪聲放大器設計中，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構。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。仿真結束后，單擊數(shù)據(jù)顯示窗口左側的圖標，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置相應參數(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)。圖31 放大器的設計網(wǎng)絡圖 穩(wěn)定性分析 用ADS對器件ATF 55143的穩(wěn)定性進行分析, 觀察器件在設計要求的頻率范圍內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成。考慮到設計的簡潔性和經(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, 能夠滿足放大器設計的增益要求。 低噪聲放大器電路設計與仿真 設計目標以及器件和偏置條件選定設計目標如下：‐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，該部件的設計對整個接收系統(tǒng)的性能指標起著關鍵作用。F/GHzY11Y12Y21Y220 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 表21 intrinsic device Y參數(shù)（10） 。 圖226 計算intrinsic device Z參數(shù)的方程圖227 intrinsic device Z參數(shù)（8） 在ADS中通過Z參數(shù)和Y參數(shù)轉化公式如圖228所示，將Z參數(shù)轉化為Y參數(shù)，得到intrinsic device的Y參數(shù)如圖229所示。圖225a 寫入ω方程對話框圖225b 寫入Z111方程對話框 同理放入計算Z11Z12Z122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)/(ωgm)RiCgsCgd/gm ()where D=1+[Re(Y11)/ (Im (Y11)+ Im (Y12))]2 ()（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/(ω178。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：圖220晶體管小信號模型等效電路①和偏置相關的本征元件：Gm,Gds,Cgs,Cgd,Cds,Ri,和τ。然后通過參數(shù)轉化以及相應的計算，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 小信號模型的提取 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,就是當初設置的偏置結果。（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果。有兩個網(wǎng)絡里面，晶體管的源極是有電阻的，但通常LAN的設計中，S級只接反饋電感（微帶線），所以選用第一個偏置網(wǎng)絡。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】,彈出放大器設計導向對話框，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，能滿足設計要求，那么晶體管的直流工作點就設為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VDS_start:初始漏源電壓VDS_start:終止漏源電壓VDS_points:初始漏源電壓值的采樣點數(shù)目（7） 單擊仿真按鈕圖標開始仿真。圖26 元器件庫列表（5） 設置DC_FET控件的參數(shù)，在ATF55143的datasheet里面，如圖27所示。圖25 打開元器件