(完整版)基于ADS的LNA仿真與分析

1、重慶郵電學(xué)院研究生堂下考試答卷2012-2013學(xué)年第 2學(xué)期考試科目微波電路姓 名 XXX年 級 2012級專 業(yè)一 XXXXXX2013年 7 月 4 日基于ADS的LNA仿真與分析一、前言低噪聲放大器（LNA）在衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)以及無線通訊系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是要在輸入端噪聲系數(shù)不超過給定值的條件下獲得盡可能高的增益，由于最大功率增益和最小噪聲系數(shù)是不能同時(shí)兼得的，因此在大多數(shù)情況下，不得不舍棄一項(xiàng)而保全另一項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。目前在微波通信、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，低噪聲放大器已經(jīng)是必不可少的

2、組成部分。處于通信系統(tǒng)接收電路的前端，低噪聲放大器具有放大信號和降低噪聲干擾的雙重作用，能夠在很大程度上提高通信系統(tǒng)的靈敏度。低噪聲放大器可以很好的抑制電路后級噪聲。對于一個(gè)接收系統(tǒng)來說，一級噪聲系數(shù)是對整個(gè)抑制噪聲系統(tǒng)影響最大的，整個(gè)電路后級的噪聲系數(shù)主要由它決定。因此， 低噪聲放大器的線性度可以對整個(gè)系統(tǒng)的線性度以及共模噪聲抑制比產(chǎn)生很重要的影響。 由此可以看出低噪聲放大器的性能對整個(gè)接收系統(tǒng)的噪聲性能都有很大的影響，對整個(gè)通信系統(tǒng)噪聲系數(shù)的降低以及穩(wěn)定性的提高也起著決定性的作用。對于低噪聲放大器的基本性能要求是：噪聲系數(shù)低、足夠的功率增益、工作穩(wěn)定性好、足夠的帶寬和較大的動(dòng)態(tài)范圍。如果電

3、路中的低噪聲放大器噪聲系數(shù)降低， 那么整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)也會(huì)變小，使信噪比得到改善，靈敏度得到提高。本文所設(shè)計(jì)的是一級放置在接收機(jī)最前端的低噪聲放大器，由于它的噪聲系數(shù)較小， 而接收系統(tǒng)經(jīng)過合理的增益分布后，噪聲系數(shù)主要由低噪聲放大器決定。二、 低噪聲放大器的設(shè)計(jì)原理2.1 低噪放基本構(gòu)造低噪聲放大器英文名稱為 Low-Noise Amplifier ,簡稱為LNA是一種位于放大鏈路輸入端，針對給定的增益要求，引入盡可能小的內(nèi)部噪聲，并在輸出端獲得最大可能的信噪比而設(shè)計(jì)的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號的場合，放大

4、器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應(yīng)晶體管；微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器，常溫參放的噪聲溫度Te 可低于幾十度（ 絕對溫度），致冷參量放大器可達(dá)20K以下，神化錢場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2 分貝。 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)。在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點(diǎn)有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極一共基極級聯(lián)的低噪聲放大電路。低噪聲放大器電路原理圖如圖1所示:2.2 低噪放設(shè)計(jì)原理LNA是射頻接

5、收機(jī)前端的主要部分，它主要有四個(gè)特點(diǎn)：第一，它位于接收 機(jī)的最前端，這就要求它的噪聲系數(shù)越小越好。為了抑制后面各級噪聲對系統(tǒng)的 影響，還要求有一定的增益，但為了不使后面的混頻器過載，產(chǎn)生非線性失真， 它的增益又不宜過大。放大器在工作頻段內(nèi)應(yīng)該是穩(wěn)定的； 第二，它所接受的信 號是很微弱的，所以低噪聲放大器必定是一個(gè)小信號放大器。 而且由于受傳輸路 徑的影響，信號的強(qiáng)弱又是變化的，在接受信號的同時(shí)又可能伴隨許多強(qiáng)干擾信 號輸入，因此要求放大器有足夠的線型范圍，而且增益最好是可調(diào)節(jié)的；第三， 低噪聲放大器一般通過傳輸線直接和天線或者天線濾波器相連，放大器的輸入端必須和他們很好的匹配，以達(dá)到功率最大傳

6、輸或者最小的噪聲系數(shù)， 并保證濾波 器的性能；第四，應(yīng)具有一定的選頻功能，抑制帶外和鏡像頻率干擾，因此它一 般是頻帶放大器。噪聲系數(shù)和增益對整機(jī)性能影響較大， 要實(shí)現(xiàn)理想功率傳輸，必須使負(fù)載阻 抗與源阻抗相匹配，這就需要插入匹配網(wǎng)絡(luò)。放大管存在最佳源阻抗Zsopt,因此LNA的輸入端應(yīng)按Zsopt進(jìn)行匹配，此時(shí)放大器的噪聲系數(shù)為最小。而為了獲 得較高的功率增益和較好的輸出駐波比， 輸出端則采用輸出共腕匹配。如果增益 不夠，則需要采用多級放大電路。原則上前級放大器相對注重噪聲系數(shù)性能， 后 級放大器則相對注重增益性能。也就是說，輸出端口和級間針對增益最大和平坦 度進(jìn)行匹配電路設(shè)計(jì)。常規(guī)單級放大器

7、的原理圖如圖2所示：1射頻源PT輸入匹配網(wǎng)絡(luò)Un圖2圖中：Pinc表示放大器入射功率, in表示輸入反射系數(shù)， L表示負(fù)載反射系數(shù)，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)IOut負(fù)載常規(guī)單級放大器原理圖PL表示負(fù)載吸收的功率 s表示源反射系數(shù) out表示輸出反射系數(shù)噪聲系數(shù)可由式3計(jì)算，在多級網(wǎng)絡(luò)級連時(shí)，降低第一級的噪聲系數(shù)并提高其功率增益，對總噪聲系數(shù)的減小至關(guān)重要。FFf2JF31out 1GA1GA1GA2Fk1GA1GA2GA(K 1)(2.1)因?yàn)楦哳l段fetTB存在著內(nèi)部反饋，當(dāng)反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)引起放大器穩(wěn)定性變壞而導(dǎo)致自激。因此，必須保證放大器的絕對穩(wěn)定，判定條件如式4所示:S11S222 年1

8、2 |怕21 I(2.2)式中：D§S2§201,年1281S11,62 s211S222.3 低噪放設(shè)計(jì)步驟低噪聲放大器的一般設(shè)計(jì)步驟如圖 3所示:圖3低噪聲放大器的一般設(shè)計(jì)步驟三、低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)低噪聲放大器的主要指標(biāo)包括：工作頻率和帶寬、噪聲系數(shù)(NF)、增益以及 增益平坦度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)范圍、輸入輸出駐波比和反射系數(shù)等，其中對整個(gè)系 統(tǒng)影響最大的指標(biāo)是噪聲系數(shù)和放大增益。3.1工作頻率和帶寬放大器的工作頻率及帶寬是指其在放大器頻域上的能夠達(dá)到期望工作特性的頻率響應(yīng)范圍，這個(gè)指標(biāo)也被稱為放大器的通頻帶。 其中通頻帶和中心頻率的 比值被稱為相對帶寬。通常人們用

9、相對帶寬的概念來描述放大器的帶寬大小，相對帶寬：BW fH-fL(3.1)窄帶寬帶放大器的定義取決于相對帶寬，相對帶寬小于10%勺稱為窄帶放大器，大于30嘛為寬帶放大器。帶寬與增益和噪聲系數(shù)存在矛盾，當(dāng)帶寬過寬時(shí) 就很難獲得較低的噪聲系數(shù)。因此低噪聲放大器的相對帶寬一般都選為 20%£右 3.2噪聲系數(shù)放大器中的噪聲包括高頻噪聲和低頻噪聲， 在LNA的設(shè)計(jì)中只需考慮高頻噪 聲的影響。高頻噪聲可分為熱噪聲(也稱Johnson noise)和散射噪聲，這兩種噪 聲的產(chǎn)生機(jī)理不同，其中對LNA響最大的是散射噪聲，散射噪聲會(huì)隨著頻率的 上升而逐漸增大，因此，LNAfc高頻的口聲系數(shù)N次佳，主

10、要就是由散射噪聲引 起的。放大器有單級和多級之分，不同放大器的噪聲系數(shù)也不相同。因此，在設(shè) 計(jì)時(shí)，要考慮的因素也不相同。具體如下：噪聲系數(shù)通常用分貝表示：NF(dB) 10lg NF(3.2)(1)對于單級放大器而言，其噪聲系數(shù)為：4%F Fm.一(1s2)1opt2(3.3)opt式中，F(xiàn)min為晶體管最小噪聲系數(shù)，由放大器本身決定,%是晶體管等效噪聲電阻，s是晶體管輸入端的源反射系數(shù),opt是獲得最佳Fmin時(shí)的最佳源反射系數(shù)。(3.6)由式(3.3)可知，放大器的噪聲系數(shù)F主要由s決定，也就是輸入端的匹配電路， 且當(dāng)s= opt時(shí)，可以得到理論上最低的噪聲系數(shù) Fmin =F。另外，rn

11、值應(yīng)該盡量小， 以減小加工制程、原件誤差對放大器的影響，但通常情況下7和Fmin是相互牽制的，同樣噪聲系數(shù)和增益或輸入端的駐波系數(shù)也是相互制約的，因此LNA勺設(shè)計(jì)需要對這些參數(shù)指標(biāo)做綜合考慮與權(quán)衡。(2)對多級放大器而言，其噪聲系數(shù)的計(jì)算公式為：FFi(F2 1) (F3 1)GiG1G2(3.4)式(3.4)中，F(xiàn)n為第n級放大器的噪聲系數(shù)，Gn為第n級放大器的增益。由式 (3.4)可知，第一級放大器的噪聲和增益在整個(gè)級聯(lián)系統(tǒng)中處于很重要地位。在某些噪聲系數(shù)要求極高的系統(tǒng)中，由于噪聲系數(shù)很小，用噪聲系數(shù)表示不 方便，通常采用噪聲溫度表示，則噪聲溫度 Te與噪聲系數(shù)NF勺換算關(guān)系：Te To(

12、NF 1)(3.5)式中，To為環(huán)境溫度，通常情況下，To為290K。3.3 增益以及增益平坦度增益是表征放大器對有用信號放大能力的一個(gè)參數(shù)。增益為放大器的重要指 標(biāo)之一，放大器功率增益的定義有很多，有源端共腕匹配狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換功率增益 Gt、源端和負(fù)載端均匹配的狀態(tài)下的資用功率增益Ga以及電路實(shí)際功率增益Gp等。GtP avsPlPGp j(3.7)PINGa Pavn(3.8)Pavs其中Pn為晶體管或匹配網(wǎng)絡(luò)輸入功率，Pl為負(fù)載所獲得的功率或匹配網(wǎng)絡(luò) 的輸出功率，Pavs為源端匹配狀態(tài)下的源端資用功率，Pavn為匹配狀態(tài)下的負(fù)載 所獲得的資用功率。理想的放大器，在其工作的帶寬內(nèi)，對信號的增

13、益應(yīng)該為一 恒定的常量。實(shí)際的放大器由于一些頻率的失配， 放大器在帶內(nèi)的增益會(huì)顯現(xiàn)出 上下起伏的增益。增益平坦度是指放大器在工作頻段內(nèi)增益波動(dòng)也叫帶內(nèi)紋波，常用頻帶內(nèi)最高增益與最低增益之差來表示，如圖4所示，用公式來表示為：ULniftM1( i圖4放大器的增益平坦度表示圖3.4 穩(wěn)定性低噪聲放大器能夠正常工作必須滿足的首要條件之一是其在工作頻段內(nèi)的穩(wěn)定性，否則會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。穩(wěn)定性取決于晶體管的 S參數(shù)和輸入輸出網(wǎng)絡(luò)的 反射系數(shù)。當(dāng)晶體管確定工作頻率和偏置，也就是晶體管的 S參數(shù)成為定值后， 只要滿足式(3.10)-式(3.11),則晶體管絕對穩(wěn)定。222B 1S11S220(3.11)(3

14、.12)S11S22 &2s211(3.10) 微帶線，從而構(gòu)成負(fù)反饋電路，但負(fù)反饋會(huì)降低增益。止匕外，采用冗形或T形衰減網(wǎng)絡(luò)，或采用適當(dāng)?shù)钠秒娐返确椒?，均可提?放大器的穩(wěn)定性。3.5 動(dòng)態(tài)范圍在低噪聲放大器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮到整個(gè)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍， 以免在進(jìn) 入接收機(jī)后造成嚴(yán)重的非線性失真，一月應(yīng)選擇低噪聲放大器的三階交調(diào)IIP3較高一點(diǎn)，至少比最大輸入信號高30dB,以免大信號輸入時(shí)產(chǎn)生非線性失真。無線系統(tǒng)的噪聲系數(shù)取決于前級放大器的噪聲系數(shù)， LNAfc要完成接收信號 的放大，決定射頻子系統(tǒng)的噪聲系數(shù)和動(dòng)態(tài)范圍。 動(dòng)態(tài)范圍下限基本取決于放大 器噪聲系數(shù)：Pmin N(kT

15、f)M(3.13)動(dòng)態(tài)范圍的上限是受非線性指標(biāo)的限制，因此對 LNA勺基本要求是極低的噪 聲系數(shù)和高的動(dòng)態(tài)范圍。3.6 輸入輸出駐波比低噪聲放大器的卒&入輸出駐波比，它表征了端口回路的匹配情況。很多低噪 聲放大器為了獲取最小噪聲，而按照最小噪聲設(shè)計(jì)輸入匹配電路，也就是獲得接 近最佳噪聲匹配。而在設(shè)計(jì)輸出端匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，往往最大的考慮是為了獲得最大 功率和最低駐波比。所以，低噪聲放大器的輸入端總是存在某種致使系統(tǒng)不穩(wěn)定 的失配.通過插入損耗很小的隔離器，可以解決這種失配引起的端口反射。3.6噪聲系數(shù)與靈敏度關(guān)系噪聲系數(shù)是指信號通過放大器之后，由于放大器產(chǎn)生噪聲使信噪比變壞，而 信噪比下降的

16、倍數(shù)就是噪聲系數(shù)。其定義為：(3.14)Psi / Pni PsiPso/PnonPni式中，n為放大器輸出端確定的信噪比。而接收機(jī)靈敏度是維持接收機(jī)正常工作時(shí)，輸入端所必需的最小信號功率 (或電壓)。在理想條件下，接收機(jī)內(nèi)部噪聲所決定的靈敏度作為衡量接收機(jī)質(zhì)量 的標(biāo)準(zhǔn)，則稱為最圖靈敏度。設(shè)天線的輸入信號為Es,則Psi Es2 ,匕為源內(nèi)阻的熱噪聲，即R 4kTRs 3,于是(2.1)式可寫為：(3.15)E2n4kTRs fn則可檢測的最小信號為：Es .4kTRinF(3.16)式中，Rs是天線等效電阻，fn是接收機(jī)通頻帶寬度，k是波爾茲曼常數(shù)( 1.38 10 23J/K), T為室溫

17、 17C(290K)。從式(3.16)可看出，若給定接收機(jī)的輸入電阻、全機(jī)同頻帶寬以及接收機(jī)的 輸出信噪比，其接收機(jī)靈敏度可直接由噪聲系數(shù)決定。四、低噪聲放大器的仿真設(shè)計(jì)4.1 仿真軟件簡介目前低噪聲放大器設(shè)計(jì)通常采用 CAD EESOFMWOffic/口 Advanced Design System等方式。ADS!Agilent公司開發(fā)的一種功能強(qiáng)大的射頻電路設(shè)計(jì)和仿真工 具軟件，對小信號特征進(jìn)行的S參數(shù)仿真非常適用于低噪聲放大器的仿真設(shè)計(jì)。本次仿真設(shè)計(jì)所采用的軟件是 ADS2009(Advanced Design System 2009),它 是Agilent公司200處推出的新版本的ED

18、AC件，它集合了多種EDAC件的優(yōu)點(diǎn)， 可以進(jìn)行時(shí)域、頻域仿真，數(shù)字電路、模擬電路仿真，線性、非線性仿真等等， 由于其強(qiáng)大的仿真功能和較高的準(zhǔn)確性，受到了人們的普遍認(rèn)可。ADS2009ft大的特點(diǎn)就是集成了從IC級到電路級直至系統(tǒng)級的仿真模塊。其中 ADS Momentum 模塊是一種對3D!行簡化的2.5D電磁場仿真器，適合于第三維度上的均勻變化的 結(jié)構(gòu)仿真，其仿真速度極快，同時(shí)也可保證與主流3Dfe磁仿真軟件具有相當(dāng)?shù)木敬畏抡嬖O(shè)計(jì)采用Agilent公司的AT-41533低噪聲晶體管實(shí)現(xiàn)低噪聲放大 器，晶體管的電氣性能參數(shù)如圖5所示。所設(shè)計(jì)低噪聲放大器的主要指標(biāo)為：工 作頻帶1.2-1.4

19、 GHz(載波頻率1.3 GHz);增益大于10 dB;噪聲系數(shù)小于1.5 dB ; 無條件穩(wěn)定。AT-41511, AT-41533 Absolute MaxiiuuiiL Rali-iixsSymbolPurameLerL'nlitsAbsolute Muimuml HTTwrmal% 二箭O C/WV .EjnattcT-Bawsc VEliLgiyVL仃闔Lbuii u(吐g device a.bwv u.-' ujmd (sin* muwnH*1 值 nu1T (虐ii冊 prnwxMiL 蠹nisi”.Uh 遼ng 如 a. =-&ul 1,B2 mW尸1

20、M 工 > JSWnoCoUector-Bae Vnll和其V2DHirdr- EmilterV12LOJIertnr Cum-ntmA50PtPowerDkssl(parhinimW235TjJirnrrinn TrmppratiirF守cISOTsm;Sturu 陰 TditiKTaluiv5山臥山】2FREOUFNCY (GHz)Figure 11, AT-41533 GhIh*Frequency at " 2,7 V» Ir = 5 nnA.圖5AT-41533電氣性能參數(shù)4.2 晶體管的直流工作點(diǎn)掃描在低噪聲放大器設(shè)計(jì)之前，首先確定靜態(tài)工作點(diǎn)和偏置電路，即對

21、晶體管進(jìn) 行直流工作點(diǎn)的掃描，實(shí)際就是直流仿真過程，圖4.2是利用AD漱件的 Template-BJT_curve_tracer進(jìn)行直流工作點(diǎn)掃描的電路原理圖。 圖4.3為直流工 作點(diǎn)掃描曲線。I，.*HA.' 1L LK 3"L!s-h'cepiSfteeiarBBS m hn&lariL4N a 甘網(wǎng) 1 t='DC 1 ,3 rmantMd而同出 grn qivi|31=, Stti ms-tancsN ar &|4容mEMK小”定啊.S1 日口 uAS1op=1D0uA$iep=i & uA1帆 octSee伊="歸

22、&tait=D5*rp*3 皿=0 iIIEI bWay-fempikedh率麗口 1圖6直流工作點(diǎn)掃描電路原理圖BJT DC Collector Current vs. Collector-Emitter Voltage UkBJT_c urw® JfSchi«(nBtic1EB=i CDCE-4 FCnCE-5 E9=ftOOCE-5 5EB-SI：CC=-5 BB-5Or>5 ea=i CDC-5 eflftOCE-5 Eia=?CDCf-5VCE3.0000.039 ki上 pt biai point mdicattd 附 mjidker ml Mov

23、 e8&t力 updatvDevice' PgvzerConsumption WaltsImlVGE-3,D00ICi-0.013 舊8Hop 口湖圖7直流工作點(diǎn)掃描曲線由圖7可讀出，VCE=3 V, IC.i=0.013 mA。需要注意的是，實(shí)際器件參數(shù)和 ADS器件庫中的模型參數(shù)可能會(huì)有一定差異，工程實(shí)踐時(shí)需按要求做出相應(yīng)調(diào) 整。4.3 穩(wěn)定性分析對晶體管AT-41533®行S參數(shù)掃描，在原理圖中加入2個(gè)穩(wěn)定性測量控件，分 別是 K:K=stab_fact(S) B:B=stab_fact(S)函數(shù)返回 Rollett穩(wěn)定因數(shù)；B:B=stab_meas(S),s

24、tab_meas(S詢數(shù)返回穩(wěn)定量。圖8為穩(wěn)定性分析的電路設(shè)計(jì) 圖；圖9另晶體管的各/S參數(shù)曲線；表1列出工作頻帶附近的K、B值。OPTIONS OpliWiil "ntmpHis.BS Tnom=25 v_Re-nyi§- Vjybelrf=lH-fiV IReTfcl-1e-6 I_AbsTb*=Te-12A 刖Mil Wainhln gs=yes MiKWftrniHglOI 三wa|國Mag4 |.StabFatt ' KS-PARALERS5；0mpiffimSP1SlE。1 GHzSlop> 5.1 OtsSltp«0 06GH1Trm1

25、Num=1Z"50 OhiTiisplay'fe-mpld. -cfFftpbempI .,!S_Pnrami_QuidB_Smi1h"國即i 士且七7V lcSflW1UGHrTermNuim=2Z50 Oir圖8 S參數(shù)掃描的電路原理圖S Fa即博日帛、節(jié)FceqgrtcvFli三三：白二三,al食el稔p圖9晶體管的各個(gè)S參數(shù)曲線由圖9可看到，在1.3 GHz處端口 1的阻抗值為Z0*(0.667+j0.010),端口 2的值 為-5.680 dB, S21即增益為9.603 dB。說明此時(shí)晶體管的端口匹配并不好， 增益也 不夠高，需要對其輸入、輸出端口進(jìn)行阻

26、抗匹配，來提高放大器的性能。表1工作頻帶附近的K、B值freqBK1.15C GHz069110471200 GHz0.694105012E0 GHz0 70010G1 300 GHz070610651 350 GHz07Q710641 4Q0 GHzo.ror1 0651 450 GH207061060從表1可看出，在1.2-1.4 GHz的頻帶范圍內(nèi)，K值大于1, B值大于0,由式 (3.11)、(3.12)得出在此工作頻帶內(nèi)系統(tǒng)無條件穩(wěn)定，無需另外設(shè)計(jì)穩(wěn)定電路。4.4 匹配電路設(shè)計(jì)4.4.1 輸入匹配電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的低噪聲放大器置于接收機(jī)前端，由式(3.3)可知，當(dāng)晶體管輸入端的源反射

27、系數(shù)opt (Sopt)= s時(shí)，可獲得最小的噪聲系數(shù)F=Fmin。通過對晶體管AT-41533進(jìn)行SP模型掃描，中心頻率為 1.3 GHz時(shí)，值是 0.667+j0.010:使用Sm時(shí)圓圖工具，將輸入反射系數(shù)S(1, 1)設(shè)置為opt共腕，用 于最小噪聲系數(shù)輸入阻抗的匹配。圖10為輸入匹配的電路設(shè)計(jì)，圖4.7為Sm此匹 配子電路。IgJjl &PARANFTER5S st>ranrs- 口aad cE SnrhQmon-8.Oplipn4i"lVfii|5=W 8S b rrtorn-=25小而和1今/一.看詢二 16T 2rAMlE3L/arflrfii rgs-1

28、3am.5P1Sisi-D 1G+J ' 31D3= 1 Gtiz .寶近笈£-1TBTfr ienrl-LT =lGfrfln口 £.RFiitJC Ka1不到器SN1 1'Bi-si i-'Bjb Je e-2-/ b -Em A1 ',Fr»DmC¥=X0.W-5JDS1?,T&rmJNUli=2 ' 2=50 Ofm圖10輸入匹配的電路設(shè)計(jì)SflulhChat MkNk NMrt DesignAfwlairiM曲一用if PpEfc tee T£壬 Cte%的&!& u &

29、#187; 打面阻1L1L-2 ffldC.M HHR=Te-1工 Olfflo 1FZ . . hUH：3o-PIIM6 巴 I圖11匹配子電路若匹配后，如果沒有達(dá)到理想情況，可以將匹配子電路連接到原理圖中，然后再使用ADSTuning功能對子電路的元件進(jìn)行微調(diào)，使得結(jié)果達(dá)到最好，如圖 12-13所示。圖14為輸入匹配后阻抗圓圖。.0PB0M3.。附的， 'pLoiriSil改幅 ,THQfWsJS B .仁知恥年土 ，., G4veWmiinp±ye£5的%白嵋|119&-10 PARAMETERS,.SP1'Slakh.任PsSWpH5,TGK

30、3-Step-C.Q>0Hz百廣邛”立即匕口匕" - - 'SLP豆通方利口曲二-tClC=1 7煙3<7pF 曾L»：9?2441flr.tt1）N=E75<r ',j MTWA L >1-« "pp jr4"5科 叩5口 sn11,"SfaketVUQTVEfg , " Fpane/第10；亂北）和力，Tfrrr "rrl 卜由"=: Z-fct C'hH1匕。0 0H£圖12匹配子電路連接到原理圖中Cl串5E不時(shí)招*f 口 的 Ofinibe

31、="ZLaad.s1pta JT口廂sRuHM impiBclmoaOhinL=" ? g 足 4 5 r-H 楣RM*12 0hm圖13使用Tuning進(jìn)行微調(diào)由rt 30心由Irput Reflection Coeffr: isnl8（11；11=0.01&： 3.111'm旭日M附三工口 Y1用前 打0 002）IreqdOC Dl.'lHz to 5 IOOGHe）圖14輸入匹配后阻抗圓圖由圖14可知，進(jìn)行輸入匹配后，輸入端口的阻抗特性得到了提高。4.4.2 輸出匹配電路輸出網(wǎng)絡(luò)匹配是由微帶線實(shí)現(xiàn)的，采用RF4s板，具體參數(shù)為：基板厚度0.8

32、 mm相對介電常數(shù)Er為4.3 ;磁導(dǎo)率Mur為1;金屬電導(dǎo)率為5.88E+7;金屬層厚度 為0.03mm如圖4.11所示，通過ADS1帶的微帶線計(jì)算工具計(jì)算出微帶線寬度1.52mm如圖16所示。-MSub-MSUB MSubl H二0,8 mm Er4 3 Mur-1,Cond=5 俄 E+了 . H(j=1.0e+033 mm T-0 03 miT 1anD=1e-4 Rough-0 mm圖15介質(zhì)基板的設(shè)置圖16微帶線尺寸的計(jì)算選擇控件MLIN MTEE MLE插入到輸出端。設(shè)置2個(gè)優(yōu)化GOAL其對象分別 是S(1,1)和S(2,2),有一點(diǎn)需要注意的是，進(jìn)行優(yōu)化后輸入匹配 Smith圓

33、圖的參 數(shù)也會(huì)有稍微的改變。圖17為輸出匹配的電路設(shè)計(jì)圖，LI琳7.1三MM十 1，吁A3 ：r . ：- ： - -,= BpfcT£11毛Ff；u TF曰 界.冬il"k：L An -£rk-_tahn-1Zt1廿，SSL "fciErkr T=9 ： 2mn：- alCkFi -芝丸A.金，1!'津3、： .-: - . 二 七，4%3=" Aisad £ Tail 1-T s-1,mfll3酶靠一43 ,.LH * 'Pei-1'' <>v4> ."talb-w. .

34、 ” EHGKnl-TW.EudE . .I »+ AAWjf 寸.穌Y1附亞淑nm 3 K-Kir觸出三甲dEa%,4仙y6y .尹r . «n=.2t聲中 * ' ao#ii|TlKME". 如也修eG|-居>4圖17輸出匹配的電路設(shè)計(jì)圖m4freq-1 300GHz dB(S(1p1)=-19.186optlter=72Treq Ghz圖18匹配后的S(1,1)曲線由圖18可知，輸出匹配后，對輸入端口有一定的影響，但在1.3 GHz處的S(1,1) 值為-19.186 dB,仍符合設(shè)計(jì)要求。m3freq=130QOHz dB(S(2h2)=-i

35、r503 optlter72freq, GHz圖19匹配后的S(2,2)曲線比較圖9和圖19中的S(2,2)曲線可以看到，進(jìn)行輸出匹配后，端口 2的反射系 數(shù)得到了很大的改善，在1.3 GHz處，其值為-11.503 dBomlfreq= 1.300GHzdBS(2,1)-9 613optlter=0Forward Transmission, dBULZffmpo-5251201510-0.0 0.5 1 0 1.5 2.0 2.5 3.0 3 5 4.0 4.5 5.0 5.5freq, GHz圖20匹配后S21曲線由圖4.16可以看到，輸入輸出匹配后，在1.3GHZiS21的值，即放大器的

36、增 益為9.613 dB,沒有達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，所以電路需另外的優(yōu)化。m2freq= 1.300GHz nf(2)=1 380 opther72圖21匹配后噪聲系數(shù)曲線由圖21可以看出，在1.3 GHz處的噪聲系數(shù)為1.38 dB,符合預(yù)期設(shè)計(jì)指標(biāo)。圖22匹配后的穩(wěn)定曲線從圖22中可看到，在1.3 GHz附近的穩(wěn)定因子值大于1,因此能夠保證系統(tǒng)工 作的穩(wěn)定性。4.5最終電路及結(jié)果為了達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，除了對輸入和輸出端口進(jìn)行匹配外， 對匹配子電路需要 進(jìn)行優(yōu)化和微調(diào)，最終電路圖如圖23,圖24為最后仿真結(jié)果。XfciMltaf=S5 0-.».FAfc二* " v*s*yr 二；：SFl/ CM 'U .-：-f *- 二，二二'i3K W7-立方"三Uwdl_ 觀-All11 '