GSM900低噪聲放大器設(shè)計(jì)

微波電路與系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)名稱：GSM900頻段低噪聲放大器仿真二、實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)：頻段：909-915MHz增益：≥17dB噪聲系數(shù)：<0.7dB輸入反射系數(shù)：優(yōu)于-20dB輸出反射系數(shù)：優(yōu)于-15dB芯片選擇：ATF-54143或VMMK-1218三、報(bào)告日期：2015年12月14日四、報(bào)告頁(yè)數(shù)：共7頁(yè)五、報(bào)告內(nèi)容：電路原理圖（原理圖應(yīng)標(biāo)明變量名稱的含義，可用文字表述或畫圖說(shuō)明）如下圖所示，a為低噪聲放大器的原理框圖，包括晶體管以及輸出輸入匹配，在圖中未畫出部分還有晶體管的偏置電路。對(duì)于低噪聲放大器設(shè)計(jì)與最大功率傳輸?shù)姆糯笃髟O(shè)計(jì)不同，最大功率傳輸放大器的設(shè)計(jì)必須滿足雙共軛匹配，而這樣噪聲的功率也會(huì)很大，所以為了獲得最小噪聲系數(shù)，應(yīng)選擇最佳信源反射系數(shù)Г。此時(shí)放大器的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是使管子端口滿足如下圖b中所示的要求。（a）微波晶體管放大器原理圖（b）最佳噪聲匹配放大器的設(shè)計(jì)步驟為：1、選管；題目指標(biāo)給出了放大器設(shè)計(jì)可選擇的管子，所以本次設(shè)計(jì)選擇了ATF-54143，查閱ATF-54143晶體管的模型參數(shù)，由于ATF-54143晶體管在ADS2011中沒(méi)有模型，所以本文是查找網(wǎng)絡(luò)資源下載的ATF-54143的模型文件導(dǎo)入到設(shè)計(jì)中的，ATF-54143模型如下圖所示，左圖為晶體管封裝模型，右圖為內(nèi)部電路。2、確定工作電流和工作電壓；查閱ATF-54143介紹資料確定Vds和Ids的值，如下圖所示，可以看出工作頻率為900MHz時(shí)的晶體管在不同電壓電流下的增益、噪聲系數(shù)、P1dB、三階截?cái)喙β实闹?，根?jù)這些值選擇Vds=4V，Ids=60mA，此時(shí)的Vgg=0.58V。設(shè)置電壓電流，建立晶體管的直流偏置電路。ATF-54143晶體管參數(shù)以上都是設(shè)計(jì)的前部分，為準(zhǔn)備工作。確定好偏置電壓與電流之后就是進(jìn)入設(shè)計(jì)電路的環(huán)節(jié)了。電路圖（利用ADS創(chuàng)建的電路圖，可用屏幕截圖）首先，建立分壓電流，如圖所示。通常在電源處需要添加幾個(gè)分立電容來(lái)對(duì)電源進(jìn)行去耦，一般增加3個(gè)或者2個(gè)，包括一個(gè)大電容和一個(gè)小電容，比如1uF,10nF,10pF。為了使得電路穩(wěn)定系數(shù)更好，我們?cè)诰w管的源端加一個(gè)反饋電感，調(diào)整電感值時(shí)K（穩(wěn)定系數(shù)）小于1。晶體管直流分壓電路接下來(lái)設(shè)計(jì)匹配電路，匹配電路的設(shè)計(jì)采用Smith圓圖設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示，做輸入端口網(wǎng)絡(luò)匹配。獲得輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與輸入方法一樣，做相同的工作之后然后獲得整個(gè)電路如下圖a所示。而此時(shí)輸出端與輸入端的匹配阻抗都接近50ohm。仿真結(jié)果（可用圖形或數(shù)據(jù)顯示）仿真結(jié)果如圖所示，放大器的增益大于17dB基本符合設(shè)計(jì)要求，噪聲系數(shù)與最低噪聲系數(shù)接近，為0.2dB左右，穩(wěn)定系數(shù)小于1，但是可以看出設(shè)計(jì)中的端口反射系數(shù)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，指標(biāo)中S11>20dB，S22>15dB的要求還沒(méi)有達(dá)到，所以還需要進(jìn)一步優(yōu)化。布局圖優(yōu)化方法和優(yōu)化目標(biāo)（可用屏幕截圖）將輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)電感與電容設(shè)置為Tune，如圖所示，調(diào)節(jié)參數(shù)查看輸出曲線。如布局圖所示為最后優(yōu)化電路。由于時(shí)間原因仿真未達(dá)到最優(yōu)化結(jié)果，報(bào)告中只是簡(jiǎn)單的優(yōu)化結(jié)果。在設(shè)計(jì)優(yōu)化中由于有很小的電感電容，所以用集總元件可能很難達(dá)到完美效果，所以考慮利用分布元件仿真(報(bào)告中未做設(shè)計(jì))。優(yōu)化之后的電路圖和仿真結(jié)果六、仿真結(jié)果分析從仿真結(jié)果看，設(shè)計(jì)的大部分指標(biāo)基本完成，但是輸出端口的反射指標(biāo)未達(dá)到要求，還需進(jìn)一步優(yōu)化，由于時(shí)