基于ads的低噪聲放大器設(shè)計與仿真畢業(yè)論文-閱讀頁
2025-07-09 00:11本頁面
【正文】 貝以下。 2）微波低噪聲管要有足夠高的增益和高的動態(tài)范圍,一般要求放大器工作增益大于10dB以上, 當(dāng)輸入信號達(dá)到系統(tǒng)最大值時由放大器非線性引起的交調(diào)產(chǎn)物小于系統(tǒng)本底噪聲，對于ZXPCS大基站項目由于最大輸入信號小于44dBm，考慮到放大器13dB左右增益，我們選取了ATF34143 場效應(yīng)管它的增益可達(dá)15dB，OIP3為30dBm左右。 本設(shè)計采用安捷倫公司的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，是做2GHz頻率低噪聲放大器的很好的選擇。因此,atf54143的偏置電路更像是雙極型晶體管的偏置電路。 ATF54143的封裝模型ATF54143的特征：1. 高線性度2. 增強(qiáng)型技術(shù)3. 低噪聲系數(shù)4. 優(yōu)異的穩(wěn)定性5. 800微米柵極寬度6. 低成本的表面小封裝SOT_3437. 帶盤式包裝選擇 在本設(shè)計中選用的典型工作點為：VDS=3V,IDS=60mA。為確保ATF54143在盡可能寬的頻帶內(nèi)保持穩(wěn)定，這里采取源極引入串聯(lián)感性反饋的方法，電感采用一段很細(xì)的微帶線來代替。在實際電路源端電感要做適量的調(diào)節(jié)。當(dāng)每個源端與微帶相連時，沿著微帶線的任何一點都可以連接到地端，要得到最低的電感值，只需在距元件源端最近的點上將源端焊盤與地端相連，并只有非常短的一段蝕刻。通常，過大的源極電感量值所帶來的邊緣效應(yīng)表現(xiàn)為超高頻端的增益值出現(xiàn)峰化及整體的合成振蕩。 輸入輸出匹配電路電路設(shè)計 射頻輸入端匹配在低噪聲放大器設(shè)計中通常都起著關(guān)鍵性的作用。另外，由于在某些收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)中在低噪聲放大器前面通常會有一個濾波器，差的低噪聲放大器輸入回波損耗會惡化濾波器的性能，從而影響整個系統(tǒng)的性能。由于ATF54143管子在工作頻帶內(nèi)的良好的低噪聲系數(shù)性能，在NF，所以在本低噪聲放大器中選用共軛匹配的輸入網(wǎng)路。 偏置電路射頻有源電路通常都需要提供直流供電網(wǎng)絡(luò)，使射頻有源器件能工作在特定的電壓電流下，在晶體管放大電路中，偏置電路為晶體管提供合適的靜態(tài)工作點，如果偏置電路設(shè)計不當(dāng)，會影響電路的功率增益、噪聲系數(shù)，甚至?xí)?dǎo)致放大電路的不穩(wěn)定。直流偏置電路為放大器提供合適的電壓和電流，使得晶體管工作于要求的靜態(tài)工作點，并在晶體管參數(shù)和溫度變化的范圍內(nèi)，保持靜態(tài)工作點的恒定。其中Vdc是饋電電壓，其值選5V；Vds是ATF54143的漏源工作電壓，大小為3V；Ids是ATF54143靜態(tài)工作點所需的漏極電流，大小為60mA。當(dāng)Vds=3V，Vgs=，漏極電流約60mA。通過電路分壓，從饋電電壓Vdc分別使Vds=3V，Vgs=，實現(xiàn)ATF54143工作于工作點。在以上的討論中我們忽略了晶體管的反向傳輸系數(shù)，實際中微波場效應(yīng)晶體管和雙極性晶體管都存在內(nèi)部反饋，微波管的S12就表示內(nèi)部反饋量，它是電壓波的反向傳輸系數(shù)。微波管的S21代表電壓波的正向傳輸系數(shù)，也就是放大倍數(shù)。在同樣的反饋系數(shù)S12的情況下，S21越大當(dāng)然反饋的功率也越強(qiáng)，因此S21也影響放大器的穩(wěn)定性。 用于低噪聲放大器的印制板應(yīng)具有損耗小，易于加工，性質(zhì)穩(wěn)定的特點，材料的物理和電氣性能均勻（特別是介電常數(shù)和厚度），同時對材料的表面光潔度有一定要求，通常我們可以采用以FR4（介電常數(shù)4~5之間），為基片的 板材，如電路要求較高可采用以氧化鋁陶瓷等材料為基片的微波板材，在PCB布板中則要考慮到鄰近相關(guān)電路的影響，注意濾波、接地和外電路干擾問題設(shè)計中要滿足電磁兼容設(shè)計原則。設(shè)計目標(biāo)如下：◢~ ISM頻段◢噪聲系數(shù)NF◢增益Gain15◢VSWRin,VSWRout 五、ADS軟件仿真設(shè)計和結(jié)論 ADS仿真設(shè)計 直流分析DC TRacing設(shè)計LNA的第一步是確定集體管的直流工作點. 直流偏置曲線由上圖可知，在2GHz時，當(dāng)V=2v且I=20mA時，F(xiàn)接近最小值。 偏置電路的設(shè)計設(shè)置好偏置工作點后，我們得到電路原路圖如下： 偏置電路原理圖從上圖可知，R2和R4的電阻值不是常規(guī)標(biāo)稱值，它們僅僅是理論計算的結(jié)果。進(jìn)行S參數(shù)設(shè)計的仿真，需要添加很多的控件。具體的電路由于集成到總電路里面，這里的相關(guān)電路最后給出結(jié)果。我們首先觀察該頻段上的噪聲系數(shù)： 噪聲系數(shù)從上圖可知，接下來我們就要實現(xiàn)適當(dāng)?shù)妮斎肫ヅ渚W(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)最小的噪聲系數(shù)。m5有最小噪聲系數(shù)的輸入阻抗，但是這兩個點并不重合，因此我們必須在增益和噪聲系數(shù)之間綜合權(quán)衡。下面進(jìn)行匹配設(shè)計。在這里匹配的思路如下：為了源全部輸出，因此必須無反射，即加輸入匹配網(wǎng)絡(luò)后等效輸入阻抗為50歐姆，且從輸入匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端看去，其等效阻抗為得到最小噪聲系數(shù)阻抗的共軛值。（從這里可以得到：前面輸入端匹配的原理有些問題，參觀參考書也是如此）其匹配圓如圖所示：得到其輸出匹配電路：至此，我們得到整體的放大器的原理圖如下：由此，我們得到相關(guān)指標(biāo)如下圖所示：輸入駐波比：最小噪聲系數(shù)：穩(wěn)定性：S參數(shù)：其實上圖就是增益：我們接著給出增益曲線：可以發(fā)現(xiàn)，兩者基本一致。其實也可以優(yōu)化，只要稍微的減小輸入反射系數(shù)，增大輸出反射系
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