利用ADS设计低噪声放大器

可以和输出匹配电路同时考虑来设计。这里R₁ = 50 　　Ω, C₁ = 2. 0pF。电路图如图2所示。

增加输出稳定性电路后仿真结果为,当晶体管频率在2 GHz～3 GHz之间M_u > 1,由此可知系统是尽对稳定的。

最佳噪声匹配

对于LNA,假如输进口有一定的失配,反而可以调整器件内部各种噪声之间的相位关系,从而降低噪声系数。为了获得最小的噪声系数, Г_S有个最佳值Г_opt ,此时LNA达到最小噪声系数,即达到最佳噪声匹配状态。其中Г_opt是最佳信源反射系数(微波晶体管等效噪声参数) 。当匹配状态偏离最佳时,LNA的噪声系数将增大。Г_opt可以从器件的Datasheet文件中获得。S_OPT为最小噪声的最优匹配系数。利用这个最优系数可以进行输进匹配电路的设计。噪声系数仿真电路如图3所示。

由匹配结果得S_OPT = 0. 32 /29. 4 (幅度和角度) 。

根据噪声最小设计输进匹配电路

输进匹配电路设计如图4所示。

输进反射系数S [1, 1 ]设置为S_OPT的共轭,用来进行50Ω匹配。最佳输进匹配系数由前面得到C₁ = 1. 73 pF, L₁ = 5. 79 nH。匹配结果如图5所示。由图5可得: S (1, 1) = 0. 097E - 4 /4. 374。

至此,按照噪声系数最小原则设计的输进阻抗匹配完成了。

根据功率增益最大设计输出匹配电路

根据最大功率增益原则设计输出匹配电路,就是将输出端进行50Ω 匹配。考虑到输出稳定性电路的存在对输出阻抗的影响,输出匹配电路的形式有点不同。与输进阻抗匹配方法一样设计输出匹配电路。电路图如图6所示。

优化得L₂ = 3. 651 nH, L₄ = 4. 028 nH。匹配结果如图7所示。由图可得: S (1, 1) =2. 412E - 4 / - 38. 789。

至此,输进输出匹配电路完成。仿真结果如图8、图9所示。由此可得增益:16. 917 dB;噪声系数: 1. 649 dB。

结论

由最后的仿真结果看到增益: 16. 917 dB;噪声系数: 1. 649。其结果均符合设计初的性能指标,但工作频段较小,这也正常。这是由于在宽频带情况下难于获得极低噪音,所以低噪声放大器的工作频带一般不大宽,较多为2 GHz左右。