低噪放设计.doc

低噪放设计设计报告学生姓名:李江江学号: 201221040234 单位:物理电子学院一、技术指标: 频率: GHz~ GHz 噪声系数:小于 dB ( 纯电路噪声系数不考虑连接损耗) 增益: 大于 20dB 增益平坦度:每 10MHZ 带内小于 输入输出驻波比:小于 输入输出阻抗: 50 二、理论分析低噪声放大器(LNA) 在接收机系统中处于前端, 主要作用是放大接收到的微弱信号, 降低噪声干扰。 LNA 的设计对整个接收机性能至关重要, 其噪声系数(NF) 直接反映接收机的灵敏度。随着通讯、雷达技术的发展, 对微波低噪声放大器也提出了更为严格的要求。利用微波电路 CAD 设计软件, 结合可靠的 LNA 设计理论来进行电路设计, 可以避开复杂的理论计算, 极大地提高设计准确性和效率, 有效缩短研制周期, 降低成本。(ADS)软件是A gilent公司在HPEESOF 系列 EDA 软件基础上发展完善的大型综合设计软件, 它功能强大, 能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计, 广泛应用于通信、航天等领域, 是射频工程师的得力助手。本文着重介绍如何使用 ADS 进行低噪声放大器的仿真与优化设计。 LNA 的性能指标主要是噪声系数、增益、工作频带、电压驻波比和带内平坦度等, 尤其是噪声系数和增益对整机性能影响较大。要实现理想功率传输, 必须使负载阻抗与源阻抗相匹配, 这就需要插入匹配网络。放大管存在最佳源阻抗 Zsop,t LNA 的输入端应按 Zsopt 进行匹配, 此时放大器的噪声系数为最小。而为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比, 输出端则采用输出共轭匹配。如果增益不够, 则需要采用多级放大电路。原则上前级放大器相对注重噪声系数性能, 后级放大器则相对注重增益性能。也就是说,输出端口和级间针对增益最大和平坦度进行匹配电路设计。 LNA 低噪声放大器的主要指标如下: 1. 工作频率与带宽 2. 噪声系数 3. 增益 4. 放大器的稳定性 5. 输入阻抗匹配 6. 端口驻波比和反射损耗三、设计过程: (1 )直流分析晶体管 S 参数的测量并确定工作点。利用 ADS 的S 参数仿真在所需要的频带内求出低噪管的 S 参数,并与手册所提供的 S 参数对比,通过调整栅源电压 VGD 不断修正 S 参数最终得到合适的偏置电路。图1 偏置电路图 VDSVGS======= 00VGS======= 0VGS=======- E-17VGS=-=-=-=-=-=- =-=-=-=-, mAm1VDS===- Values at bias point indicated by marker marker to update. VDS PowerConsumption, 图2 直流扫描综合上述分析,选择晶体管直流设计为 VDS=2 V, IDS=10 mA 。 2 偏置电路设计依据 ADS 里直流偏置的仿真,取 Id=10mA , Vds=2V , 此时 Vgs=- 左右。这种无源偏置电路容易理解, 不像有源电路那么复杂。和单电压供电的自偏压电路相比, 这种电路要提供双电压。但是由于自偏压电路会引入反馈,这个反馈在稳定工作点的同时也降低了增益,加大了噪声,所以没有采用自偏压电路。偏置电路原理如下图所示。图3 偏置电路原理图图4 稳定性判断电路原理图 3 稳定性的判断稳定性的判断可以通过 K-? 公式或源端和负载端稳定系数圆来判断, 前者通常用来判断放大器是否处于绝对稳定的情况。对于低噪声放大器的第一级, 主要性能是以降低噪声系数为目标的, 故常处于条件稳定的情形, 而设计最大增益放大器时采用双端共轭匹配, 这时候射频电路必须处于绝对稳定才能保证复数共轭同时成立。判断稳定性的方法有很多, 我们只要选一种就可以了。原理图如图 4 如示, ADS 仿真的结果中的表格可以看出 K<1 , B1>0 ,所以放大器是不稳定的。 m2 freq== StabMeas