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基于ADS的射频低噪声放大器的设计与仿真

作者:时间:2012-07-09来源:网络收藏

摘要:应用E-PHEMT器件ATF-58143设计了一款增益约20 dB,噪声系数小于0.5 dB的。采用负反馈保证系统的稳定性,利用匹配网络保证了低噪声系数和高增益。结合该实例介绍了借助软件进行的设计方法,给出设计步骤,并对结果进行了分析,对于LNA的研究与设计具有重要意义。
关键词:;噪声系数;软件;匹配

从天线接收的微弱信号由处于接收机前端的放大器进行放大,因此要求该放大器具有一定的增益和较小的噪声系数。
本文借助Agilent公司的电路设计软件(Advanced Design System)进行辅助设计一款高增益低噪声放大器(LNA),并对其进行了验证。

1 放大器的组成
单级放大器的组成如图1所示,包括晶体管放大电路和输入、输出匹配网络三部分。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/186134.htm

a.JPG



2 射频放大器的设计
2.1 晶体管的选择
选择好晶体管器件对低噪声放大器的设计至关重要。
根据工作频率、增益和噪声系数等指标要求,同时考虑到设计、时便于得到相应的元器件模型,最终选用Avago公司的高电子迁移率晶体管(E-PHEMT)ATF-58143来进行设计(可以在Avago公司的网站上下载到ATF-58143的元件模型)。
2.2 偏置电路的设计
设计LNA首先需要确定静态工作点,利用ADS中的“DC_FET_T”的模板可以很方便地仿真出其输出特性曲线。再参考ATF-58143的datash eet,可以确定当Vds=3 V,Ids=35 mA时,各项设计指标满足要求。
确定静态工作点后,就要确定偏置电路的形式和参数。不需人工计算,借助ADS中的设计向导工具(DesignGuide→Amplifier→Tools→ Transistor Bias Utility)可以轻易完成。因为ADS所提供的元件数值是非标称的,所以需要设计者用与ADS提供的数值接近的标称元件进行替代。偏置电路及各点静态参数如图2所示。

b.JPG


2.3 稳定性分析及改善
晶体管绝对稳定的条件是K>1,|△|1。其中:
c.JPG
如果这两个条件不能同时得到满足,电路将存在潜在的不稳定和振荡的可能。对上述偏置条件下的晶体管进行稳定性仿真分析发现,在要求的工作频段内其稳定系数K1,不满足绝对稳定的条件。
通过引入负反馈的方式可以改善电路的稳定性,同时也能够拓展工作带宽。在输出端和输入端之间串联RC电路引入负反馈,其中的R需要满足条件:
d.JPG
同时在两个源极加上小的电感引入负反馈进一步改善稳定性,该电感的值需反复调节后方能确定。
对引入负反馈后的电路再次仿真,其工作频带内稳定系数K>1,满足绝对稳定条件。

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