基于ADS的通信设备低噪声放大器改进设计与仿真

前，首先确定静态工作点和偏置电路，即对品体管进行直流工作点的扫描，实际就是直流仿真过程，图l是利用ADS软件的 Template-BJT_curve_tracer进行直流工作点扫描的电路原理图。图2为直流工作点扫描曲线。

由图2可读出，VCE=3 V，IC.i=O．013 mA。需要注意的是，实际器件参数和ADS器件库中的模型参数可能会有一定差异，工程实践时需按要求做出相应调整。

3．4 稳定性分析

对晶体管AT-41533进行S参数扫描，在原理图中加入2个稳定性测量控件，分别是K：K=stab_fact(S)B：B=stab_fact(S) 函数返回Rollett稳定因数；B：B=stab_meas(S)，stab_meas(S)函数返回稳定量。图3为稳定性分析的电路设计图。表l列出工作频带附近的K、B值。

在1．2～l．4 GHz的频带范嗣内，K、B值均大于l，由式(7)、式(8)得出在此工作频带内系统，无条件稳定，无需另外设计稳定电路。

3．5 匹配电路设计

3．5．1 输入匹配电路的设计

本设计的低噪声放大器置于接收机前端，由式(3)可知，当晶体管输入端的源反射系数（Sopt）=时，可获得最小的噪声系数F=Fmin。

通过对晶体管AT-41533进行SP模型扫描，中心频率1．3 GHz时，值是-0．241+j0．191：使用Smith圆图工具，将输入反射系数S(1，1)设置为共轭，用于最小噪声系数输入阻抗的匹配。图4为输入匹配的电路设计，图5为输入匹配后阻抗圆图。

3．5．2输出匹配电路

输出网络匹配是由微带线实现的，采用RF4基板，具体参数为：基板厚度0．8 mm；相对介电常数Er为4．3；磁导率Mur为1；金属电导率为5．88E+7；金属层厚度为0．03mm。通过ADS自带的微带线计算工具计算出微带线宽度1．588 mm，选择控件MLIN、MTEE、MLEF插入到输出端。设置2个优化GOAL，其对象分别是S(1，1)和S(2，2)，有一点需要注意的是，进行优化后输入匹配Smith圆图的参数也会有稍微的改变。由图8看出，输入输出匹配后，输入端和输出端的反射系数均小于-15 dB；由图9和图10看出。所设计滤波器增益@14．6 dB，噪声系数@1．39 dB。

4 结论

该系统设计的最终仿真结果：增益为14．6 dB；噪声系数为1．39 dB，其结果均符合预期设计指标。

若假定条件不变，原设备接收机的最高灵敏度是2μV，那么改进低噪声放大器设计后接收机的灵敏度提高到1．2μV左右。但该结论是仅考虑第一级放大器噪声，如果考虑到后级噪声的影响，灵敏度的提高会稍微降低。

通过ADS软件对某通信设备接收机前端低噪声放大器进行仿真设计，仿真选取的电路模型比较简单，实际电路往往会比仿真模型更复杂，但即便对于复杂电路，只要设置好参数模型仍然能够进行正确的仿真设计。

另外，在实际设计低噪声放大器过程中需实际测试各项指标，并将测试结果反馈到仿真设计中，重新修订仿真参数，如此循环不断优化出理想的低噪声放大器。因此，噪声系数的降低可有效提高接收机系统的灵敏度，提高通信设备的作用距离。

发布者：小宇