基于ads宽频低噪声放大器的的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于ads宽频低噪声放大器的的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

s= Ohm， Lg= nH，其余的： Ld， Ls， Cpd， Cpg，和 Cpdg 的值都为零。 和偏置相关的本征元件的计算方法如下： gm=Re(Y21) () Gd=Re(Y21) () Cgd=Im(Y12) () Cgs=Im(Y11+Y12)D/ω () Cds= Im(Y11+Y12)/ω () Ri=Re(Y11)D/(ω 178。 Cgs178。 ) () τ =Im(Y21)/(ω gm)RiCgsCgd/gm () where D=1+[Re(Y11)/ (Im (Y11)+ Im (Y12))]2 () 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 15 小信号模型提取的步骤 （ 1） 新建原理图命名为 “ TuopuCircuits” ,添加各种元件和控件 ， 按照 Avago 公司给出的 ATF55143 的模型如图 217画出 ATF55143 模型的拓扑电路如图 221 所示。 图 218 晶体管 ATF55143模型的拓扑结构 （ 2） 单击仿真按钮进行仿真，仿真结束后，单击数据显示方式面板中的 控件，放置S1 S1 S1 S1 S1 S1 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S3 S3 S3 S3S3 S3 S4 S4 S4 S4 S4 S4 S5 S5 S5 S5 S5 S5 S6 S6S6 S6 S6 S66等 S参数，如图 222 所示。 图 222 拓扑电路的 S参数 （ 3） 执行菜单命令【 Tools】然后单击【 Data File Tool】 ,弹出 dftool/mainWindow 对话框，在“ Out file name” 单击【 Browse】选择路径并命名为“ ” 文件，在【 Dataset name】选择“ TuopuCircuits” 如图 223 所示。 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 16 图 223 拓扑结构 S参数导出对话框 （ 4）单击【 Write to File】 ,新建电路原理图“ BiasCircuit3”，添加偏置电路原理图 216各个元件，再在控件下拉菜单里选择“ Data Items”库文件，然后单击 控件，将“ De_EmbedSn”改为“ De_EmbedSn6”，将（ 3）导出的 s6p文件导入“ De_EmbedSn6”控件中，然后重新连接原理图如图 223所示。 图 223 去嵌入电路原理图 （ 5） 单击 S 参数仿真控件，设置仿真参数，在 Parameters 选中计算 S、 Y、 Z 参数。 单击仿真按钮，执行仿真，仿真结束后，数据显示窗自动弹出。 在数据显示视窗中，单击数据显示方式面板中的数据列表图，插入数据显示方式，显示 S参数和 Z参数， Z 参数如图华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 17 224 所示。 图 224 atf5143小信号模型的 Z参数 （ 7） 单击数据显示方式面板中的的方程控件，输入要计算的 intrinsic device 的 Z参数命名为 Z111，根据公式插入或输 入各项参数，如图 225b 所示。 由于ω是角频率，单击数据显示方式面板中的的方程控件，输入计算表角频率的公式如图 225a 所示。 并将计算得到的ω参数通过 Equations 插入到计算 Z111 的方程里。 图 225a 写入ω方程对话框 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 18 图 225b 写入 Z111方程对话框 同理放入计算 Z11 Z12 Z122 的方程如图 226 所示。 得到 intrinsic device 的 Z参数如图 227 所示。 图 226 计算 intrinsic device Z参数的方程 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 19 图 227 intrinsic device Z参数 （ 8） 在 ADS 中通过 Z 参数和 Y 参数转化公式如图 228 所示，将 Z参数转化为 Y参数，得到 intrinsic device 的 Y参数如图 229所示。 图 228 intrinsic device Y参数 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 20 图 229 intrinsic device Y参数 （ 9） 选中（ 8）中计算出来的 Y 参数，单击右键滑到 Export,点击【 CSV file】按钮，导出 Y 参数如表 21 所示。 F/ GHz Y11 Y12 Y21 Y22 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 21 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 表 21 intrinsic device Y参数 （ 10） 通过 中和偏置相关的本征元件的计算公式计算的到各个小信号模型和偏置相关的本征元件的参数如表 22 所示。 F/ GHz gm ω τ Cgd(pF) Cgs(pF) Cds(pF Ri(Ω ) 1/Rd(Ω +08 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +09 +10 +10 +10 +10 +10 +10 +10 +10 +10 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 22 表 22 和偏置相关的本征元件的参数 +10 +10 +10 +10 +10 +10 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 23 3 低噪声放大器的设计 低噪声 放大器 （ LNA）是现代微波通信、雷达、 电子 战系统中的重要部件，它处于接收系统的前端，对 天线 接收到的微弱射频信号进行线性放大，同时抑制各种噪声干扰，提高系统灵敏度。 由于 LNA 在接收系统中的特殊位置和作用，该部件的设计对整个接收系统的性能指标起着关键作用。 当今 低噪声放大器 主要采用单片微波 集成电路 （ MMIC） 技术，将所有有源器件（如双极性 晶体管 或 场效应晶体管 ）和 无源器件 （ 如 电阻 器、 电感器 、 电容器 和传输线等）全部集成在一块 半导体 晶片 上，以实现低噪声放大功能，具有尺寸小、重量轻、成本低及可靠性高的特点。 本 章 介绍了一种宽带低噪声放大器的设计方法。 设计时首先根据性能指标要求选择合适的有源器件，确定相应的工作状态和偏置条件及器件的稳定状态，然后合理设计匹配电路和负反 馈电路，最后对整体电路进行优化。 低噪声放大器电路设计与仿真 设计目标以及器件和偏置条件选定 设计目标如下： 工作频率 ‐ 增益 Gain＞ 36dB 驻波比 VSWRin＜ ， VSWRout＜ 平坦度177。 3dB 在单级放大器设计中选用 ATF55143, 该器件自身的噪声系数很小 , 有现成的 ADS 器件模型 , 且为 EPHEMT 器件 , 在放大器的偏置电路设计中只需一种电源 ( 3V)即可。 采用Vds =2. 7V 和 Ids =30mA的直流偏置条件 , 能够满足 放大器设计的增益要求。 基于 ADS 宽频低噪声放大器的设计方案 考虑指标增益要求 ,由于工作电流和尺寸大小的限制， 30 dB 的增益只能用两级放大来实现（如果用三级放大，不仅尺寸要求难以保证，工作电流难以满足，而且容易自激振荡）。 考虑到设计的简洁性和经济性 , 两级中的每一级都选用同一类型的放大器 , 在单级设计完成之后进行级联。 两级级联放大器由第一级放大、级间匹配和第二级放大三部分组成 , 其中第一级和第二级都由单级放大器设计完成。 单级放大器主要由输入输出匹配和放大部分构成。 在单级放大器设计中 , 由于频 率范围要求较宽 ,可以采用 (频率补偿匹配网络技术或 )负反馈技术，设计方案如图 31所示。 华北电力大学 本科生毕业设计（论文） 24 图 31 放大器的设计网络图 稳定性分析 用 ADS 对器件 ATF 55143 的稳定性进行分析 , 观察器件在设计要求的频率范围内和选定的偏置条件下是否保持绝对稳定。 一般来说 ,一个微波管的射频绝对稳定条件是： 其中， D=S11S22S12S21。 K 为稳定性判别系数， K＞ 1是稳定状态。 只有当三个条件都满足时，才能保证放大器 是绝对稳定的。 实际设计时，为了保证低噪声放大器稳定工作，还要注意使放大器避开潜在不稳定区。 对于潜在不稳定的放大器，至少有两种可选择的途径避开。 （ 1）引入电阻匹配元器件， K≥ 1和 Gmax≈ Gms。 （ 2）引入反馈，使 K≥和 Gmax≈ Gms。 在实际设计中，为改善射频微波管自身稳定性，有以下几种方法。 （ 1）串接阻抗负反馈 在 MESFET 的源级和地之间接一个阻抗元器件，从而构成负反馈电路。 对于双极晶体管，则是在发射极经反馈元器件接地。 在实际微波放大电路中，电路尺寸大小，外接阻抗器件难 以实现。 因此反馈元器件常用一段微波线来代替，相当于电感元器件的负反馈。 （ 2） 用铁氧体隔离器 铁氧体隔离器应该加在天线与放大器之间，假定铁氧体隔离器的正向功率衰减器为α，反向衰减器为β，且α≥ 1，β＞ 1，则。 其中 为隔离器前的反射系数，Γ为加隔离器后的反射系数。 华北电力大学 本科生毕业设计（论文）。