基于A(yíng)DS的S波段平衡式寬帶低噪聲放大器設計

2．2 微帶線(xiàn)的設計
S波段的電路主要采用分布式參數進(jìn)行設計。因為頻率較高，所以微帶線(xiàn)的性能對信號傳輸的影響很大。在該設計中，除了微帶線(xiàn)采用50 Ω特征阻抗以外，對微帶線(xiàn)的拐角用HFSS進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的性能仿真和設計。仿真模型如圖2所示。

經(jīng)過(guò)仿真，確定微帶線(xiàn)拐角的切角長(cháng)度大致為50 Ω微帶線(xiàn)寬度的20％時(shí)傳輸效果最好。
2．3 分支低噪聲放大器仿真和版圖設計
平衡式LNA的每一支路的LNA為相同性能的兩個(gè)LNA。在該設計中重點(diǎn)關(guān)注它們的增益平坦度和噪聲系數的指標，因為平衡式放大器輸入／輸出駐波比這一性能由耦合器來(lái)決定，所以設計分支放大器時(shí)，駐波比可以先不關(guān)注。
2．3．1 晶體管的選擇和偏置電路的設計
晶體管選擇AVAGO公司的EPHEMT(增強型假晶高電子遷移率晶體管)ATF-54143。AVAGO公司提供可以在ADS軟件里進(jìn)行仿真的ATF54143的Spice模型，所以可以直接在ADS里做放大器的直流、交流、S參數、諧波等各類(lèi)仿真而不必受到在一定偏置條件下S參數的束縛。由ATF54143的芯片資料以及綜合考慮噪聲系數等因素，該設計確定ATF54143的偏置為Vds=3 V，Id=25 mA。經(jīng)過(guò)仿真優(yōu)化以及考慮到標稱(chēng)電阻值的問(wèn)題，最后確定的偏置電路如圖3所示。

2．3．2 源極反饋電路的設計
一般的放大器網(wǎng)絡(luò )為共源極結構，柵極為輸入端，漏極為輸出端。放大器能正常工作的前提是電路是穩定的，即穩定因子K>1。改善放大器穩定性的途徑有在柵極加串聯(lián)電阻和增加反饋電路等。在柵極加串聯(lián)電路雖然可以增加穩定性，但惡化了噪聲系數，而源極負反饋因為不涉及電路的信號通路，所以對放大網(wǎng)絡(luò )噪聲的影響很小。通過(guò)給晶體管加入源極負反饋，可以改善晶體管的穩定狀態(tài)。通常源極負反饋都是加入電感性元件。但是電感值通常太小，所以不用集總元件實(shí)現，而是使用終端短路微帶線(xiàn)來(lái)實(shí)現。該設計采用源極加終端短路微帶線(xiàn)的方式，通過(guò)ADS仿真可以較為準確的評估晶體管的穩定性。
2．3．3 輸入／輸出匹配設計和仿真
在設計匹配網(wǎng)絡(luò )的時(shí)候，選擇合理的拓撲結構對于低噪聲放大器的設計至關(guān)重要。本文采用的拓撲結構是并聯(lián)導納式結構，即利用串聯(lián)微帶傳輸線(xiàn)進(jìn)行導納變換，然后并聯(lián)一個(gè)微帶分支線(xiàn)，微帶線(xiàn)的終端開(kāi)路(或短路)，用其輸入導納作為補償電納，以達到電路匹配。因為是最前端的低噪聲放大器，所以輸入端匹配電路按照最小噪聲系數進(jìn)行匹配，當ΓS=Γopt時(shí)，噪聲系數最小，NF=NFmin。當ΓS≠Γopt時(shí)，