基于ADS的S波段平衡式寬帶低噪聲放大器設(shè)計(jì)

2．2 微帶線的設(shè)計(jì)
S波段的電路主要采用分布式參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)轭l率較高，所以微帶線的性能對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懞艽?。在該設(shè)計(jì)中，除了微帶線采用50 Ω特征阻抗以外，對(duì)微帶線的拐角用HFSS進(jìn)行了專門的性能仿真和設(shè)計(jì)。仿真模型如圖2所示。

經(jīng)過(guò)仿真，確定微帶線拐角的切角長(zhǎng)度大致為50 Ω微帶線寬度的20％時(shí)傳輸效果最好。
2．3 分支低噪聲放大器仿真和版圖設(shè)計(jì)
平衡式LNA的每一支路的LNA為相同性能的兩個(gè)LNA。在該設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注它們的增益平坦度和噪聲系數(shù)的指標(biāo)，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/平衡式">平衡式放大器輸入／輸出駐波比這一性能由耦合器來(lái)決定，所以設(shè)計(jì)分支放大器時(shí)，駐波比可以先不關(guān)注。
2．3．1 晶體管的選擇和偏置電路的設(shè)計(jì)
晶體管選擇AVAGO公司的EPHEMT(增強(qiáng)型假晶高電子遷移率晶體管)ATF-54143。AVAGO公司提供可以在ADS軟件里進(jìn)行仿真的ATF54143的Spice模型，所以可以直接在ADS里做放大器的直流、交流、S參數(shù)、諧波等各類仿真而不必受到在一定偏置條件下S參數(shù)的束縛。由ATF54143的芯片資料以及綜合考慮噪聲系數(shù)等因素，該設(shè)計(jì)確定ATF54143的偏置為Vds=3 V，Id=25 mA。經(jīng)過(guò)仿真優(yōu)化以及考慮到標(biāo)稱電阻值的問(wèn)題，最后確定的偏置電路如圖3所示。

2．3．2 源極反饋電路的設(shè)計(jì)
一般的放大器網(wǎng)絡(luò)為共源極結(jié)構(gòu)，柵極為輸入端，漏極為輸出端。放大器能正常工作的前提是電路是穩(wěn)定的，即穩(wěn)定因子K>1。改善放大器穩(wěn)定性的途徑有在柵極加串聯(lián)電阻和增加反饋電路等。在柵極加串聯(lián)電路雖然可以增加穩(wěn)定性，但惡化了噪聲系數(shù)，而源極負(fù)反饋因?yàn)椴簧婕半娐返男盘?hào)通路，所以對(duì)放大網(wǎng)絡(luò)噪聲的影響很小。通過(guò)給晶體管加入源極負(fù)反饋，可以改善晶體管的穩(wěn)定狀態(tài)。通常源極負(fù)反饋都是加入電感性元件。但是電感值通常太小，所以不用集總元件實(shí)現(xiàn)，而是使用終端短路微帶線來(lái)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)采用源極加終端短路微帶線的方式，通過(guò)ADS仿真可以較為準(zhǔn)確的評(píng)估晶體管的穩(wěn)定性。
2．3．3 輸入／輸出匹配設(shè)計(jì)和仿真
在設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，選擇合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于低噪聲放大器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是并聯(lián)導(dǎo)納式結(jié)構(gòu)，即利用串聯(lián)微帶傳輸線進(jìn)行導(dǎo)納變換，然后并聯(lián)一個(gè)微帶分支線，微帶線的終端開(kāi)路(或短路)，用其輸入導(dǎo)納作為補(bǔ)償電納，以達(dá)到電路匹配。因?yàn)槭亲钋岸说牡驮肼暦糯笃?，所以輸入端匹配電路按照最小噪聲系?shù)進(jìn)行匹配，當(dāng)ΓS=Γopt時(shí)，噪聲系數(shù)最小，NF=NFmin。當(dāng)ΓS≠Γopt時(shí)，