GSM900低噪声放大器设计

微波电路与系统仿真实验报告一、实验名称：GSM900频段低噪声放大器仿真二、实验技术指标：频段：909-915MHz增益：≥17dB噪声系数：<0.7dB输入反射系数：优于-20dB输出反射系数：优于-15dB芯片选择：ATF-54143或VMMK-1218三、报告日期：2015年12月14日四、报告页数：共7页五、报告内容：电路原理图（原理图应标明变量名称的含义，可用文字表述或画图说明）如下图所示，a为低噪声放大器的原理框图，包括晶体管以及输出输入匹配，在图中未画出部分还有晶体管的偏置电路。对于低噪声放大器设计与最大功率传输的放大器设计不同，最大功率传输放大器的设计必须满足双共轭匹配，而这样噪声的功率也会很大，所以为了获得最小噪声系数，应选择最佳信源反射系数Г。此时放大器的输入匹配网络的任务是使管子端口满足如下图b中所示的要求。（a）微波晶体管放大器原理图（b）最佳噪声匹配放大器的设计步骤为：1、选管；题目指标给出了放大器设计可选择的管子，所以本次设计选择了ATF-54143，查阅ATF-54143晶体管的模型参数，由于ATF-54143晶体管在ADS2011中没有模型，所以本文是查找网络资源下载的ATF-54143的模型文件导入到设计中的，ATF-54143模型如下图所示，左图为晶体管封装模型，右图为内部电路。2、确定工作电流和工作电压；查阅ATF-54143介绍资料确定Vds和Ids的值，如下图所示，可以看出工作频率为900MHz时的晶体管在不同电压电流下的增益、噪声系数、P1dB、三阶截断功率的值，根据这些值选择Vds=4V，Ids=60mA，此时的Vgg=0.58V。设置电压电流，建立晶体管的直流偏置电路。ATF-54143晶体管参数以上都是设计的前部分，为准备工作。确定好偏置电压与电流之后就是进入设计电路的环节了。电路图（利用ADS创建的电路图，可用屏幕截图）首先，建立分压电流，如图所示。通常在电源处需要添加几个分立电容来对电源进行去耦，一般增加3个或者2个，包括一个大电容和一个小电容，比如1uF,10nF,10pF。为了使得电路稳定系数更好，我们在晶体管的源端加一个反馈电感，调整电感值时K（稳定系数）小于1。晶体管直流分压电路接下来设计匹配电路，匹配电路的设计采用Smith圆图设计匹配网络，如下图所示，做输入端口网络匹配。获得输入匹配网络，输出匹配网络与输入方法一样，做相同的工作之后然后获得整个电路如下图a所示。而此时输出端与输入端的匹配阻抗都接近50ohm。仿真结果（可用图形或数据显示）仿真结果如图所示，放大器的增益大于17dB基本符合设计要求，噪声系数与最低噪声系数接近，为0.2dB左右，稳定系数小于1，但是可以看出设计中的端口反射系数未达到设计要求，指标中S11>20dB，S22>15dB的要求还没有达到，所以还需要进一步优化。布局图优化方法和优化目标（可用屏幕截图）将输入输出匹配网络电感与电容设置为Tune，如图所示，调节参数查看输出曲线。如布局图所示为最后优化电路。由于时间原因仿真未达到最优化结果，报告中只是简单的优化结果。在设计优化中由于有很小的电感电容，所以用集总元件可能很难达到完美效果，所以考虑利用分布元件仿真(报告中未做设计)。优化之后的电路图和仿真结果六、仿真结果分析从仿真结果看，设计的大部分指标基本完成，但是输出端口的反射指标未达到要求，还需进一步优化，由于时