基于ADS的通信设备低噪声放大器改进设计与仿真

摘要：介绍接收机前端的低噪声放大器(LNA)对于整个通信设备的接收机系统灵敏度的影响，利用ADS软件对接收机低噪声放大器进行改进设计，重点阐述了采用Smith圆图和微带线进行输入输出阻抗的匹配。通过仿真结果可以看出，利用ADS进行低噪声放大器的设计符合预期指标，对工程实际放大器设计提供参考价值。
关键词：ADS；低噪声放大器(LNA)；噪声系数；灵敏度

通信设备接收机内部噪声过大将直接影响信号接收。而降低通信设备接收机系统噪声系数最有效方法就是改进接收机前端。低噪声放大器有效提供接收机的接收灵敏度，从而提高通信设备的传输距离。因此设计良好的低噪声放大器能极大提高整个通信系统的通信质量。
目前低噪声放大器设计通常采用CAD、EESOF、MW0ffice和(Advanced Design System)等方式。ADS是Agilent公司开发的一种功能强大的射频电路设计和仿真工具软件，对小信号特征进行的S参数仿真非常适用于低噪声放大器的仿真设计。

1 噪声系数与接收机灵敏度的关系
噪声系数是指信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声使信噪比变坏，而信噪比下降的倍数就是噪声系数。其定义为：

式中，n为放大器输出端确定的信噪比。
而接收机灵敏度是维持接收机正常工作时。输入端所必需的最小信号功率(或电压)。在理想条件下，接收机内部噪声所决定的灵敏度作为衡量接收机质量的标准，则称为最高灵敏度。
设天线的输入信号为Es，则为源内阻的热噪声，即Pni=4kTRs△fn，于是式(1)可写为：

式中，Rs是天线等效电阻，△fn是接收机通频带宽度，k是波尔兹曼常数(1．38×10-23J／K)，T为室温17℃(290 K)。
从式(3)可看出，若给定接收机的输入电阻、全机同频带宽以及接收机的输出信噪比，其接收机灵敏度可直接由噪声系数决定。

2 低噪声放大器的主要技术指标
低噪声放大器的主要指标包括：噪声系数(NF)、功率增益、稳定性、动态范嗣、输入输出驻波比和反射系数等，其中对整个系统影响最大的指标是噪声系数和放大增益。
2．1 噪声系数
噪声系数通常用分贝表示：

式中，Fmin为晶体管最小噪声系数，由放大器本身决定，rn是晶体管等效噪声电阻，是晶体管输入端的源反射系数，是获得最佳Fmin时的最佳源反射系数。