3GHz低噪声放大器的ADS设计和仿真

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3H G z低噪声放大器的 ADS设计和仿真

3 Hz噪声放大器的 A S设计和仿真 G低 D王创业摘要；本文主要介绍了利用 A S 04 D 2 0A软件设计低噪声放大器的设计过程，并对设计和调试进行了详细的总结。对仿真和测试结果进行了比较，分析误差存在的几点因素， 以便今后工作的改善和提高。

关键词：低噪声放大器

噪声系数

噪声匹配 A S滤波器 D

1引言 随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，要求功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已。这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求，我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下：S=一1 4+NF+1 l gBW+s{ 7 0o N

式中：N F为噪声系数，BW为带宽，

为信噪比。从式中可见，在各种特定 (宽、带

解调 SN已定)的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声/系数 N, F而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。低噪声放大器的主要作用是放大，天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。

2低噪声放大器的设计和仿真21低噪声放大器的组成 .利用 Agl t司的 A 20A软件可以快速便捷地设计低噪声放大器。该噪声放大 in公 e DS 0 4器要求中心频率 3 Hz G,频带宽度 4MHz 0,增益 3,不平坦度小于 lB,噪声系数小于 2 4 d。设计方案如图 1所示，由图可知该低噪声放大器包括隔离器、第一级放大器、第二级

放大器、第三级放大器和滤波器。第一级采用的管子是超低噪声放大管 A F 6 7,第二、 T 3 07三级采用 MG 34。 A5 5 3

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3 H低噪声放大器的A S Gz D设计和仿真

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图 1低噪声放大器万框图

22低噪声放大器的仿真 .

首先对两种低噪声放大管进行 S参数、噪声系数和稳定性的设计仿真。根据低噪声放大器的匹配规则，为了获得低的噪声系数并不是保证阻抗匹配，而是让其有一定的失配。 放大器的噪声系数可用下式来表示：

4

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式中，NI i m是最小噪声系数， n

是微波 F T的等效噪声电

阻，R是微波系统阻抗，通 E o

常为 5 Q,lp是最佳信源反射系数。由式可以看出当=1p时， O"t￣ o " t放大器达到最小噪声￣ o

系数Ⅳ m,即称此时为最佳噪声匹配状态。,i n

图 2第一级放大器仿真图

图 2是第一级低噪声放大器的仿真结构图，经过优化后最终仿真结果如图 3所示。在

低噪声放大器中的噪声系数主要由第一级放大决定，所以在该低噪声放大器中，笫一级的噪声系数对该系统起主要作用。

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G 噪声放大器的 A S H D设计和仿真

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图 3第一级低噪声放大器的仿真结果

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图 5第二、三级放大器的仿真结果

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3 H低噪声放大器的A S计和重塞 Gz D设量图 4是第二、三级低噪声放大器的仿真结构图，过优化后最终仿真结果如图 5所示。经 23滤波器的设计和仿真 .

为了保证低噪声的小型化设计，滤波器采用交指型以减小整体的体积。如果在 3 H Gz设计 4 1 -带宽的滤波器， 0lz VI}带宽 1. 33%的滤波器对加工工艺要求很高的，考虑到应用与实际加工的问题决定设计带宽为 10 z 2 MH的滤波器。

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图 6交指滤波器的仿真图

图 7交指滤波器的 L YO A UT版图

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3 Hz G低噪声放大器的 A DS设计和仿真

A仿真软件有着强大的仿真和优化功能，只要选择正确的滤波器结构，设置正确的 DS优化参数，微带滤波器很容易设计。图 6是交指滤波器的仿真图，图 7是交指滤波器的岂 .e 6【 .:曼 e I 6 LY U A O T版图，图 8是交指滤波器的 L Y U A O T仿真结果。:

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图 8交指滤波器的 L Y U A O T仿真结果

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图 9级联后的低噪声放大器的仿真图

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24低噪声放大器的整体仿真 .把所有模块进行级联进行仿真。了改善端口的驻波比和保证低噪声放大器的稳定性，为

在低噪声放大器的前端加入隔离器。紧随其后的是第一级放大，第二、三级放大，最后是带通滤波器。仿真图如图 9所示，级联后的仿真结果如图 1所示。 O

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图 1级联后的低噪声放大器的仿真结果 0

3低噪声放大器的制作和测试最后对低噪声放大器进行了制作和测试。考虑到低噪声放大器对微带线的损耗要求较

严格，以板材采用了 R gr的 R 4 0C该板材的特点是有损耗小，易于加工，所 oes O 03。性质稳定，材料的物理和电气性能均匀。对制作后的低噪声放大器进行了测试，测试结果如表 1所示。由于测试结果和仿真结果可以看出，两者并不完全吻合。可能的原因，其一，仿真时很多条件是忽略的，如印制板的损耗。其二，仿真所用的模型并不能完全代表实际工作

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情况，如管子的 S参数；其三，由于在微波波段，腔体效应和接头的焊接都会带来相应的误差。不过总的来说，软件仿真

大大减化了设计和调试的工作量。

表 1实际低噪声放大器的测试结果频率 ( MHz )增益 ( B) d 2 8 90 3. 4 4 2 9 90 3. 44 30 00 3. 43 3 1 00 3. 42 32 00 3. 41

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3 Hz噪声放大器的 A G低 DS设计和仿真

4总结首先是输入端隔离器的选择。用以改善稳定性的隔离器应该具有的特性是：() 1频带必 须很宽，要能够覆盖低噪声放大器不稳定频率范围；(反向隔离度并不要求太高；(正向 2 ) 3 ) 衰减只需保证工作频带之内有较小衰减，以免影响整机噪声系数，而工作频带外，则没有

要求；() 4隔离器本身端口驻波比要小。 其次是 P F T低噪声放大管 A F 67。由管子材料本身的特性要求焊接时要进行防 HE T 3 07 静电操作，且温度不能太高；对于加电一定要先加漏极电压然后再加栅极电压或者同时加两种电压；对于偏置 A F 6 7 T 3 07要求并不苛刻，用有源偏置和无源偏置都可以，最重要的 是栅极的电压在.. 0 V左右，而漏极的电压可在 1~ V范围内。 2 .2 5

在装接时要把 P B板安装在密封的金属盒体内，镀金的 S C MA要直接焊接在输出微带线上。P B板一定要良 C好接地，且空闲处要布满过地孔。当把盒盖盖上时，由于金属盒体

的腔体效应，会使得放大不稳定或者放大器的增益有所下降。在这种状况会使得放大器的设计非常困难，特别是在高增益的放大器的设计中。解决此问题的方法之一就是采用吸波材料，虽然这是一种比较有效的调试方法，但是在考虑产品的可靠性设计最好不要采用此方法，唯一的办法就是低噪声放大器的三维电磁场仿真。

参考文献[中国集成电路大全》编委会.微波集成电路》( l ). 1】《《第版国防工业出版社，19 95[“- G z la o os Ped piH MTA F 6 7 eh i l a 'A in 2 2 l H t wN i s o rh E T 3 07 cn aD t’ g et】 8 U rL e u o c T c a. l Tc o￣ s eh l e n o[】A i n A一3 4 i L er mpi e t h e . gl t e h oo i 3‘ gl t‘ e MG 5 5 3H曲 i a l r a et A i n c lge n

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