基于A(yíng)DS的通信設備低噪聲放大器改進(jìn)設計與仿真

摘要：介紹接收機前端的低噪聲放大器(LNA)對于整個(gè)通信設備的接收機系統靈敏度的影響，利用ADS軟件對接收機低噪聲放大器進(jìn)行改進(jìn)設計，重點(diǎn)闡述了采用Smith圓圖和微帶線(xiàn)進(jìn)行輸入輸出阻抗的匹配。通過(guò)仿真結果可以看出，利用ADS進(jìn)行低噪聲放大器的設計符合預期指標，對工程實(shí)際放大器設計提供參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：ADS；低噪聲放大器(LNA)；噪聲系數；靈敏度

通信設備接收機內部噪聲過(guò)大將直接影響信號接收。而降低通信設備接收機系統噪聲系數最有效方法就是改進(jìn)接收機前端。低噪聲放大器有效提供接收機的接收靈敏度，從而提高通信設備的傳輸距離。因此設計良好的低噪聲放大器能極大提高整個(gè)通信系統的通信質(zhì)量。
目前低噪聲放大器設計通常采用CAD、EESOF、MW0ffice和(Advanced Design System)等方式。ADS是Agilent公司開(kāi)發(fā)的一種功能強大的射頻電路設計和仿真工具軟件，對小信號特征進(jìn)行的S參數仿真非常適用于低噪聲放大器的仿真設計。

1 噪聲系數與接收機靈敏度的關(guān)系
噪聲系數是指信號通過(guò)放大器之后，由于放大器產(chǎn)生噪聲使信噪比變壞，而信噪比下降的倍數就是噪聲系數。其定義為：

式中，n為放大器輸出端確定的信噪比。
而接收機靈敏度是維持接收機正常工作時(shí)。輸入端所必需的最小信號功率(或電壓)。在理想條件下，接收機內部噪聲所決定的靈敏度作為衡量接收機質(zhì)量的標準，則稱(chēng)為最高靈敏度。
設天線(xiàn)的輸入信號為Es，則為源內阻的熱噪聲，即Pni=4kTRs△fn，于是式(1)可寫(xiě)為：

式中，Rs是天線(xiàn)等效電阻，△fn是接收機通頻帶寬度，k是波爾茲曼常數(1．38×10-23J／K)，T為室溫17℃(290 K)。
從式(3)可看出，若給定接收機的輸入電阻、全機同頻帶寬以及接收機的輸出信噪比，其接收機靈敏度可直接由噪聲系數決定。

2 低噪聲放大器的主要技術(shù)指標
低噪聲放大器的主要指標包括：噪聲系數(NF)、功率增益、穩定性、動(dòng)態(tài)范嗣、輸入輸出駐波比和反射系數等，其中對整個(gè)系統影響最大的指標是噪聲系數和放大增益。
2．1 噪聲系數
噪聲系數通常用分貝表示：

式中，Fmin為晶體管最小噪聲系數，由放大器本身決定，rn是晶體管等效噪聲電阻，是晶體管輸入端的源反射系數，是獲得最佳Fmin時(shí)的最佳源反射系數。