王 蓉

基于ATF54153的射頻低噪聲放大器設(shè)計(jì)

王 蓉

項(xiàng)目編號(hào)：JXJG2013-45-9

王 蓉

九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院

王蓉（1976-）女，湖北宜昌，九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，工程碩士，研究方向：通信與信息技術(shù)。

為了獲得高增益、低噪聲的射頻放大器，文中以1.850～1.950GHz低噪聲放大器為例，簡(jiǎn)要介紹Smith圓圖在射頻低噪聲放大器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及使用ADS軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的過程。該設(shè)計(jì)具有計(jì)算簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)快捷、修改方便的特點(diǎn)。

隨著現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，其工作頻率越來越高，功率輻射小，抗干擾能力強(qiáng)，這就對(duì)接收系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。低噪聲放大器一般安裝在接收機(jī)的最前端，是接收機(jī)的重要組成部分。其性能參數(shù)對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)的性能起到?jīng)Q定性的作用，主要影響接收系統(tǒng)的噪聲系數(shù)、接收靈敏度。理想條件下，希望放大器的噪聲足夠小、增益足夠高，但最小噪聲和最大增益是一對(duì)相互矛盾的參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)通常以犧牲增益為代價(jià)來獲得較低的噪聲系數(shù)。

在低噪聲放大器的噪聲系數(shù)NF、噪聲溫度、增益、動(dòng)態(tài)范圍、反射系數(shù)和輸入輸出駐波比等性能參數(shù)中，我們主要考慮的是噪聲系數(shù)。本設(shè)計(jì)選擇合適的低噪聲放大管、輸入輸出匹配電路，以1.850～1.950GHz的低噪聲放大器為例，介紹了利用ADS仿真軟件設(shè)計(jì)LAN的簡(jiǎn)要過程。其設(shè)計(jì)目標(biāo)為：

工作頻率：1.850～1.950GHz；增益：＞12dB；增益平坦度：每5MHz帶內(nèi)小于0.2dB。

利用S參量和Smith圓圖設(shè)計(jì)LAN

如圖1是帶有匹配的低噪聲放大電路的方框圖。

圖1 帶有匹配的低噪聲放大電路的方框圖

輸入、輸出之間的關(guān)系可表示為：

a1、a2表示輸入端口P1面、輸出端口P2面上的歸一化入射波電壓，b1、 b2表示輸入端口P1面、輸出端口P2面的歸一化反射波電壓。

我們知道在射頻系統(tǒng)中以50歐姆阻抗為標(biāo)準(zhǔn)匹配；廣播電視是以75Ω為標(biāo)準(zhǔn)。利用Smith圓可以方便直觀實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)阻抗匹配、增益、噪聲系數(shù)設(shè)計(jì)。

電路設(shè)計(jì)

低噪聲放大管的選擇

為了達(dá)到射頻低噪聲放大管的低噪聲系數(shù)、高頻率的設(shè)計(jì)要求，一般要求放大管的截止頻率fT≥4f。為了符合放大器大于12dB工作增益的要求，我們選取安捷倫公司的增強(qiáng)型高電子遷移率場(chǎng)效應(yīng)管ATF54143，2GHz時(shí)它的增益為16.6dB、OIP3為36.23dBm左右。

輸入輸出匹配電路的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)在輸入輸出端采用高通匹配方式實(shí)現(xiàn)優(yōu)化匹配，噪聲系數(shù)只有0.2左右，穩(wěn)定性大于1，駐波比小于1.25。在S極加兩條微帶線代替反饋元件，采用串接阻抗負(fù)反饋的方法保證低噪聲放大器穩(wěn)定工作。

ADS軟件仿真設(shè)計(jì)及結(jié)果

目前國(guó)內(nèi)高校和科研院所在進(jìn)行射頻電路設(shè)計(jì)時(shí)，一般使用安捷倫公司ADS軟件。ADS軟件擁有多種仿真分析方法，可實(shí)現(xiàn)時(shí)域與頻域、數(shù)字與模擬、線性與非線性、噪聲的仿真分析，可對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行成品率分析與優(yōu)化，設(shè)計(jì)修改方便，縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。

經(jīng)過S參數(shù)仿真，在ATF34143的S極加兩條微帶線改變穩(wěn)定性，通過優(yōu)化匹配，噪聲系數(shù)只有0.2左右，穩(wěn)定性大于1，駐波比小于1.25。將ATF54153的封裝模型替代SP模型，并由直流仿真計(jì)算出直流偏置，重新優(yōu)化元件參數(shù)，得到仿真結(jié)果如圖2。

由圖2的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 仿真數(shù)據(jù)結(jié)果

結(jié)語(yǔ)

在電路設(shè)計(jì)前階段 ，我們先用ADS軟件仿真設(shè)計(jì)評(píng)估，用它進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、優(yōu)化、仿真，得到了高增益、低噪聲的放大器。該設(shè)計(jì)理論計(jì)算簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)過程快捷、參數(shù)修改方便，其設(shè)計(jì)方法適用于其他同類型的低噪聲放大器的設(shè)計(jì)，在工程中具有較高的實(shí)用價(jià)值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.070