AWR+MWO軟件進(jìn)行低噪聲放大器設(shè)計(jì)

低噪聲放大器設(shè)計(jì)Students’s摘要本次設(shè)計(jì)使用AWRMWO設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)，LNA采用的晶體管為MGF4921AM，兩級(jí)結(jié)構(gòu)，電路基板為Ro4003C（厚度：0.5mm），中心頻率為3.5GHz，帶寬為目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘 設(shè)計(jì)、仿真和電路實(shí) 設(shè)計(jì)指 設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn) 仿真過(guò)程和結(jié) 版圖設(shè)計(jì)和實(shí) 測(cè)試過(guò)程、結(jié)果及分 測(cè)試環(huán)境和過(guò) 測(cè)試結(jié)果和分 總 致 參考文 作者簡(jiǎn) 設(shè)計(jì)、仿真和電路實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的為中心頻率為3.5GHz的低噪聲放大器，設(shè)計(jì)中對(duì)放大器的增益、帶內(nèi)平坦度和噪聲系數(shù)進(jìn)行了仿真和測(cè)試，并同時(shí)測(cè)試了輸入駐波比、增益壓縮和互調(diào)特性。設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述FNoutNout圖1 FF2此式是考慮輸入輸出都完全匹配時(shí)得出的，即系統(tǒng)完全匹配。由看出要想實(shí)現(xiàn)低噪聲系數(shù)必須前級(jí)的噪聲系數(shù)很小，因?yàn)榧?jí)聯(lián)后的噪聲系數(shù)由前級(jí)決定，所以設(shè)計(jì)時(shí)，采用了前級(jí)放大器為輸入端匹配到最小噪聲系數(shù)時(shí)的輸入反射系數(shù)，而輸出端實(shí)現(xiàn)最大增益匹配，即共軛匹配。對(duì)于第二級(jí)，就采用最大轉(zhuǎn)換功率增益匹配，即輸入輸出同時(shí)共軛匹配。然后將兩級(jí)級(jí)聯(lián)即可。仿真過(guò)程和結(jié)果本次設(shè)計(jì)中，提供的晶體管是MGF4921M，由于低噪聲放大器接受的都是小信號(hào)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮晶體管的小信號(hào)模型，即線(xiàn)性模型。因此我先從網(wǎng)上找到晶體管的datasheet，從中作出它的s2p文件如下： Freq.=2to6GHz,VDS=2V,ID=15mA, Ro4003C(er=3.55,#GHzSMAR ! ------------------------------------------!Noise將此文件加載到AWR軟件的DataFiles中，然后從s中的子電路中調(diào)出相應(yīng)元件，并把改成FET模型。然后就是做第一級(jí)放大器的偏置電路，其中要考慮電路的穩(wěn)定性，如下圖所示圖2其中的電阻是起穩(wěn)定作用的。下面是做輸入輸出匹配，做輸入匹配時(shí)，要從軟件中算出噪聲系數(shù)最小時(shí)的sopt，用此值作出的匹配電路如下：圖3圖4圖5第一級(jí)放大器的S11和S21圖6第一級(jí)放大器的S11和圖7圖8圖9圖10第二級(jí)放大器的S21圖11第二級(jí)放大器的S21真，此時(shí)使用了MWO軟件的EXTRACT，對(duì)電路的匹配部分做電磁仿真，如下圖所

圖126圖13圖14圖1516EM圖17使用簡(jiǎn)化規(guī)則的EM圖16和圖17的比較可知，簡(jiǎn)化后位置參量和仿真時(shí)間都有所減少，仿真結(jié)果沒(méi)有影響，但是這種簡(jiǎn)化只是使用于對(duì)于過(guò)孔沒(méi)有要求的場(chǎng)合的仿真，對(duì)于SIW結(jié)果的器件采用這種規(guī)則，仿真出的結(jié)果和實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)?？紤]到高阻抗線(xiàn)后接的電容的自諧振頻率問(wèn)題，所以將它們都用扇形電容來(lái)代圖18圖19圖20LNA的S21圖21LNA的S11和S22圖22LNA版圖設(shè)計(jì)和實(shí)物圖23LNA的PCB圖24圖25最后加蓋測(cè)試的LNA測(cè)試過(guò)程、結(jié)果及分析測(cè)試環(huán)境和過(guò)程26測(cè)試結(jié)果和分析測(cè)試電路的S11和S21圖27實(shí)物測(cè)試的S11和S21圖28仿真LNA的S21和圖27是在輸入信號(hào)功率為-30dBm時(shí)的測(cè)試結(jié)果，可以看出增益大于25dB小于1dB，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，S11達(dá)到要求，輸入駐波小于2。實(shí)物測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果圖28對(duì)比可知，增益大體形狀二者是一樣的，但實(shí)物測(cè)試結(jié)果的增益比仿真稍微圖29圖301.172dB@3.52GHz，1.308dB@3.72GHz下面測(cè)試了A的1dB壓縮點(diǎn)，調(diào)節(jié)信號(hào)源，使之輸出3.5GHz的信號(hào)，然后連接到A的輸入端，輸出端連接到頻譜儀，測(cè)試結(jié)果如下表（包括信號(hào)線(xiàn)損）：增益-----------表11dB由表中看出，1dB壓縮點(diǎn)出現(xiàn)在輸入信號(hào)為-14dBm時(shí)。所以剛開(kāi)始測(cè)試輸入信號(hào)為-10dBm，測(cè)試出的S21過(guò)小，是增益壓縮的原因。圖31LNA由圖看出，三階互調(diào)量跟雙音信號(hào)相差29.2dBc總結(jié)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，掌握了MWO基本的設(shè)計(jì)流程，體會(huì)到MWO軟件在有源電路設(shè)計(jì)方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這對(duì)今后工作學(xué)習(xí)有很大幫助。學(xué)習(xí)了MWO中EXTRACT的使用，掌握了如何準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)有源電路，領(lǐng)會(huì)到EXTRACT生成版圖，在進(jìn)行電磁參數(shù)提取的不便，對(duì)提高設(shè)計(jì)速度有很大幫助。另外，在仿真同時(shí)，MWO方便版圖設(shè)計(jì)也同樣縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，省去了再使用protel軟件布板圖的過(guò)程，很有點(diǎn)像流線(xiàn)作業(yè)的過(guò)程。設(shè)計(jì)中的不足是，未使用MWO的harmonicbalance能對(duì)電路的非線(xiàn)性特性進(jìn)行仿真，這是由于此次使用的晶體管只有文件，此文件只是小信號(hào)線(xiàn)性數(shù)據(jù)，無(wú)法進(jìn)行非線(xiàn)性分析。致謝非常感謝AWR公司給予我這次很好的設(shè)計(jì)鍛煉機(jī)會(huì)，感謝s、李玉福先生精彩的MWO軟件使用培訓(xùn)報(bào)告，s先生耐心仔細(xì)地介紹了MWO軟件的使用，講解了MWO基本控件的使用及其原理，并且熱心地回答同學(xué)們提出的問(wèn)題，使我對(duì)有了初步的了解。在接下來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別要感謝李玉福工程師，他不厭其煩地回答了我在軟件使用上的各種問(wèn)題，認(rèn)真講解和分析仿真中出現(xiàn)的問(wèn)題，讓我領(lǐng)會(huì)到WO在設(shè)計(jì)有源電路上的優(yōu)勢(shì)，在他的指導(dǎo)下，我順利地完成了A的設(shè)計(jì)仿真工作。同時(shí)，我要感謝東南大學(xué)毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，給我提供試驗(yàn)和測(cè)試平臺(tái)