增益可调的高性能低噪声放大器的设计与实现

入匹配网络由元件的最佳噪声反射系数Topt为主来决定，以求得噪声系数NF 降到最小，根据S 参量仿真得到的最佳噪声系数匹配条件，利用ADS 提供的Smith 圆图工具可以很方便地进行输入输出匹配网络的设计。

可得出输入高通网络L1 为12 nH，C1 为5.6 pF，输出高通匹配网络L4为15 nH ,C4为3 pF 。

ADS 仿真

线性仿真

线性分析时可以用Touchstone 格式的两端口S参量对晶体管进行建模，用基于4端口的Touchstone线性S 参数文件对混合耦合器建模，在此引用ATF-54143 的S2p 文件和1D1304-3 的S4p 文件。为了得到更切合实际的结果，传输线部分也采用ADS 库中的微带线模型。在对平衡结构LNA 的Sparams_wNoise仿真时，主要是调节微带线的长度，以得到最佳匹配结果，本次板材采用介电常数为2.55 的聚四氟乙烯，介质厚0.8 mm，微带线高18 μm，微带线宽度用ADS 的LineCalc 工具计算，经过反复试验得出结果如图4 所示。

非线性仿真

谐波平衡（HB）仿真可用于得出1 dB 压缩点P 和输出三阶截取点（OIP3）等非线性参数，两者仿真设置的主要区别在于信号源的不同，前者信号源是P_1Tone，后者是P_nTone 提供调谐频率信号，相应H B 仿真的设置也有不同。

仿真得到的P-1 dB为16.5 dBm，OIP3为32.2 dBm，结果比较理想，见图5 所示。

PCB 制板

用DC-DC 转换芯片将外部输入电压转换为5 V，给晶体管提供偏置电压。数控衰减器HMC273 放置在放大耦合输出的近端，也需要5 V 电源供电，5管脚16 dB 衰减控制口直接置高电平，1 — 4 管脚连接外部输入口；远端放置π型阻性电路，可用于调节增益和增加电路稳定性。旁路与放大电路在输出端用PIN 开关二极管HSMP-4890 连接，起隔离的作用，保证旁路插入损耗小。旁路和耦合器输入端带线均为1/4 波长，以保证相位匹配，使回波损耗最小。

绘制PCB 电路板时还须注意以下几个方面：
（1）根据信号频率，板材参数计算微带线宽度，为了弥补实际和仿真的差别，一般不将阻抗值严格地设为50 Ω计算，而是偏高1 Ω— 2 Ω，调试中通过改变接地电容的量值和位置就可以得到较宽的电路参数调整范围。
（2）预留出可调的电容位置，关键是放大器输入输出端。
（3）为了避免干扰，射频微带线之间以及普通信号线（控制HMC273 ）均避免邻接，中间必须用地隔开。
（4）在射频信号经过的带线范围内，底层电源线也尽量避免经过，可选择耦合器中部穿过，以免改变阻抗，影响性能。

结束语

本文设计的平衡结构LNA 和利用开关二极管控制旁路提高了工作可靠性，并且用简单灵活的方法实现了增益可调。测试结果表明，实际测得的LNA 技术指标能够与仿真结果较好地吻合，E -pHEMT 管的低噪声系数和高OIP3 使它在高动态范围电路设计上具有很大的优势。

作者：朱丹 陶成 夏澎