S波段低噪聲放大器的ADS仿真與設計

　　摘要：介紹低噪聲放大器設計的理論基礎，并重點(diǎn)介紹了低噪聲放大器的主要性能指標：噪聲系數、功率增益、駐波比、穩定性等。以ATF38143晶體管為例介紹了ADS仿真軟件設計低噪聲放大器的方法和主要步驟。采用三級級聯(lián)結構設計出滿(mǎn)足指標的S波段低噪聲放大器鏈路。該放大器鏈路的指標為噪聲系數小于1.2，功率增益大于50dB，增益平坦度小于0.5dB，VSWR小于1.8的低噪聲放大器，帶寬為6MHz，并具有一定的帶外抑制能力。

　　引言

　　低噪聲放大器(LNA)的主要作用是放大天線(xiàn)從空中接收到的微弱信號，減少噪聲干擾，以供系統解調出所需的信息數據。當今，人們對各種無(wú)線(xiàn)通信工具的要求越來(lái)越高，如功率輻射要小、作用距離要遠、覆蓋范圍要廣等，這就對系統靈敏度提出了更高的要求，而接收機的第一個(gè)放大器的噪聲對這個(gè)系統的靈敏度影響很大。因此，位于射頻接收系統前端的LNA的優(yōu)劣直接影響接收機的整體性能。

　　本文首先介紹了低噪聲放大器的基本理論知識和使用ADS仿真的方法流程，然后通過(guò)微帶單枝節匹配的方式設計一個(gè)中心頻率為2.226GHz，工作帶寬6MHz，噪聲系數小于1.2，功率增益大于50dB，增益平坦度小于0.5dB，VSWR小于1.8的低噪聲放大器，帶外抵制：500MHz~2150MHz@40dBc，2400MHz~4000MHz@40dBc。

　　低噪聲放大器的主要性能指標

　　噪聲系數

　　噪聲系數是低噪聲放大器一個(gè)主要指標，如果接收機的系統噪聲系數過(guò)大，信號會(huì )被噪聲埋沒(méi)。因此減少放大器噪聲系數是LNA的重要設計內容。噪聲系數NF的定義如下：式中，NF為射頻/微波器件的噪聲系數;S_in，N_in分別為輸入信號功率和噪聲功率;S_out、N_out分別為輸出信號的信號功率和噪聲系數。單極放大器的噪聲系數為　式中NF_min為晶體管最小噪聲系數，由放大器的管子本身決定;Γ_opt、R_N、和Γ_s分別為獲得NF_min時(shí)最佳源反射系數、晶體管等效噪聲電阻、晶體管輸入端的源反射系數。由上式可知當Γ_opt=Γ_s時(shí)，噪聲系數最小。但這種情況下通常駐波比較大或者增益比較小。因此實(shí)際設計中在三者之間取折中以滿(mǎn)足放大器的多項設計指標。對多級放大器而言，其噪聲系數的計算公式為：NF=NF₁+(NF₂-1)/G₃+(NF₃-1)/G₁G₂+……，其中，NF_n為第n級放大器的噪聲系數;G_n為第n級放大器的增益。由上式可知，多級級聯(lián)放大電路中第一級放大器的噪聲系數對整個(gè)放大器鏈路的噪聲系數影響最大，所以第一級盡可能選擇噪聲系數較小，功率增益較高的晶體管。

　　功率增益

　　功率增益是LNA的另一個(gè)重要指標之一，可表示為G=P_out-P_in式中：P_out為輸出信號功率;P_in為輸入信號功率。只有當晶體管的輸入輸出端與源和負載同時(shí)共軛匹配時(shí)，放大器才能獲得最大的功率增益。

　　放大器的穩定性

　　放大器的穩定性，一個(gè)微波管的射頻絕對穩定條件是      
        -。K稱(chēng)為穩定性判別系數，K>1是穩定狀態(tài)。只有當3個(gè)條件都滿(mǎn)足時(shí)才能保證放大器是絕對穩定的。