低噪声放大器的ADS设计与仿真

第36卷第5期Vol.36No.5

河北工业大学学报2007年10月October

2007

JOURNALOFHEBEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

文章编号：1007-2373(2007)05-0034-05

低噪声放大器的设计与仿真

敏

王聚波，陈国鹰，康志龙，许

（河北工业大学信息工程学院，天津300130）

摘要利用ADS仿真软件设计低噪声放大器的方法及主要步骤，使用ADS器件库中的sp模型，重点进行了输

入和输出匹配电路的设计．低噪声放大器工作在L波段，噪声系数小于1.8dB，增益大于13dB．通过设计可以看出，利用ADS进行微波电路仿真，可以很方便的得出最佳电路设计，指标完全符合规定值．关键词中图分类号

S参量；噪声系数；稳定性；ADSTN722.3文献标识码A

ADStheDesignandSimulationofLNAUsingADS

WANGJu-bo，CHENGuo-ying，KANGZhi-long，XUMin

(SchoolofInformationEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300130,China)

AbstractThepaperdiscussedaLowNoiseAmplifier(LNA)designusingthemicrowavecircuitCADsoftware:Agilent_ADS.Inordertosimplydesign,weusedsp_modelofADSdevicelibrary.Themainemphasiswillbeputon

inputandoutputcircuitdesignandtheparametersoftheLNAwillincludethefollowing:Operatingfrequency2GHz,NoiseFigure<1.8dB,Gain>13dB.AdvancedDesignSystem(ADS)softwareisusedtosimulatetheresultsofdesigninstanceandtheresultshowsthattheperformancewellanswersfortheprevioustarget.Keywords

Sparameter；noisecoefficient；stabilization；

ADS

设计过程

设计软件

ADS-AdvancedDesignSystem，是Agilent公司推出的微波电路和通信系统仿真软件．其在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便，通常对于小信号特性可以进行S参量仿真，从而方便的得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性等信息．本文用ADS软件完成对LNA的设计与

仿真．

指标及管件选择

所设计的LNA应用于智能天线实验系统的接收机前端，其主要技术指标设定为：工作频率2GHz，

收稿日期：2006-11-30

基金项目：河北省自然科学基金项目（603080；F2005000084）作者简介：王聚波（1981-），男（汉族），硕士生．

第5期王聚波，等：低噪声放大器的ADS设计与仿真35

噪声系数<1.8dB，增益>13dB．

进行设计之前，在众多的器件中选择一个合适的晶体管对后面的设计至关重要．在Agilent_ADS软件的器件库中有不同公司的各种器件可供选择，经过比较后选用了AgilentAT_41470（低噪声硅BJT晶体管），它具有频率高、噪声低、低温性能好等优点．

重点在LNA的匹配，直流偏置电路这里不做讨论，所以直接使用AT_41470管子的SP模型来设计

电路，它的直流偏置条件为

=8V，

稳定性的考虑

放大器的稳定性，或者对震荡的抑制性是放大器的设计中需要考虑的非常重要因素[3]．稳定性取决于晶体管的S参数，匹配网络以及置端条件．二端口绝对稳定的充分必要条件有3种表达方法，他们的判定结果是一致的．这里采用K,B

检验准则．

1

=1+

=

1

1122

22

1

2

1

2

=22

图1管件的参数提取

Fig.1Extractedcoefficientoflownoisetransistor

£¬

freq1.800GHz1.900GHz2.000GHz2.100GHz2.200GHz

K1.0761.1101.1511.1921.237

B1.0861.0861.0851.0911.096

36河北工业大学学报第36卷

可见，在2GHz及其附近的频率点上K>1,B>0．所以，晶体管在工作频率点2GHz上是绝对稳定的．对于绝对稳定器件，网络中的任何无源负载和信号源必定得到稳定条件．

如果晶体管存在潜在不稳的情况，可以采用电阻性负载或者外加负反馈的方法构成绝对稳定电路．噪声参数的提取

LNA的噪声系数可表示为

[4

]

min

+

4

2

2

2

(5)

其中得出．

min

称为晶体管的“噪声参数”．这三个参数，通过对晶体管AT_41470的sp模型扫描

表

rfeq2.000GHz

NFmin1.600

时管件的噪声参数

Rn8.000

Sopt0.210/160.000

输入匹配网络设计

因为低噪声晶体管在工作频率上是处于绝对稳定，所以任意选择

图2输入匹配电路设计

Fig.2Designofinputmatchcircuit

的大小由导体带宽度

=2.55．

以及有效介电常数决定的[3]

．本设计采用/

=0.5mm的复合介质衬底，特性阻抗定为

50=

50

第5期王聚波，等：低噪声放大器的ADS设计与仿真37

微带传输线TL1,TL2的长度可以先估计一个初值，然后利用ADS的Tune进行优化，这种方法简单且精确．在电路图的窗口，点击正．优化后得串联微带线的长度

2

，进行协调修正

(1,1)

优化，然后在弹出的窗口中选择修正的参数进行修

=3.74mm．匹配后结果如图3

所示．

(1,1)=2.142E-4/-13.158

impedance=Z0*(1.000-j9.757E-5)

输出匹配网络设计

上一步由

+

21

11

22

1

freq(100.0MHzto3.000GHz

)

图3

输入匹配后的阻抗圆图

Fig.3Impedancechartofinput

matching

图4输出匹配电路的设计

Fig.4Designofoutputmatchcircuit

结果分析

由图6仿真结果看到，增益为13.743dB，噪声系数1.600，均符合设计初的性能指标，比较理想．本文完成的是最小噪声放大器的设计，由于篇幅有限省略了直流偏置的设计，对输入输出驻波比也没有完全的考虑．在整个设计过程中，器件的选择是十分重要的，必须根据设计指标要求对元件库中的管件进行反复比对，才能找出适合的模型．手动调节完成电路匹配的方法非常直观，精度也令人满意．

38河北工业大学学报第36卷

(2,2)=0.011/3.057

impedance=Z0*(1.022+j0.001

)

(2,2)

freq(100.0MHzto3.000GHz)

图5Fig.5

输出匹配后的阻抗圆图

Impedancechartofoutput

matching

1

3

(2,2))

；dB(

(2,1))

a)LNA的S(1,1)和S(2,2)参数

b)LNA的S(2,1)

参数

（１，１））＝４．

０７９（２，２））＝３９．

１４３

（２，１））＝１３．

７４３

c)LNA的噪声系数

图6LNA的设计结果Fig.6

SimulationcurveofLNA

参考文献：

[1]李嗣范．微波元件原理与设计[M]．北京：人民邮电出版社，1982．

[2]RadmaneshMatthewM．射频与微波电子学[M]．顾继慧，李鸣，译．北京：科学出版社，2006．[3]闫润卿，李英惠．微波技术基础[M]．北京：北京理工大学出版社，2004．

[4]GonzalezGuillermo．微波晶体管放大器分析与设计[M]．白晓东，译．北京：清华大学出版社，2003．