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100-400MHz超宽带低噪声放大器ADS仿真设计
作者：陈旭峰王建峰刘嘉
来源：《中国新通信》2013年第04期
【摘要】设计了一个100-400MHz超宽带低噪声放大器。该放大器采用两级E-PHEMT晶体管（ATF54143）级联结构，每级都用独立电源供电。应用射频电路仿真软件ADS对匹配电路进行优化设计，最后通过原理图-版图联合仿真得到放大器的各项性能参数。在100-400MHz 频带内，噪声系数（NF）小于0.3dB，带内增益大于32dB，带内增益平坦度±0.5dB以内，输入输出驻波比小于1.8。仿真结果表明，该设计完全满足性能指标要求。
【关键词】超宽带低噪声放大器ADS仿真噪声系数
低噪声放大器（LNA）是现代微波通信、雷达、电子战系统中的重要部件，它处于接收系统的前端，对天线接收到的微弱射频信号进行线性放大，同时抑制各种噪声干扰，提高系统灵敏度。由于LNA在接收系统中的特殊位置和作用，该部件的设计对整个接收系统的性能指标起着关键作用。本文介绍了一种超宽带低噪声放大器的设计方法。设计时首先根据性能指标要求选择合适的有源器件，确定相应的工作状态和偏置条件，使器件工作在绝对稳定状态，然后合理设计匹配电路和负反馈电路，最后对整体电路进行优化。设计中采用射频电路仿真软件ADS[1]对电路进行CAD辅助设计并给出了仿真结果。
一、低噪声放大器电路设计
1.1放大器的各项指标与设计方案
放大器需要满足的指标：工作频带100-400MHz，噪声系数（NF）小于0.3dB，带内增益大于32dB，带内增益平坦度±0.5dB以内，输入输出驻波比小于1.8。考虑到增益和噪声系数要求较高，采用E-PHEMT晶体管（ATF54143）[2]，安捷伦公司提供了其精确的ADS模型，便于仿真，而且工作时不需要负的栅极电压，便于单电源供电。
晶体管的功率增益在频率高端随着频率的增加以6 dB/倍频程下降，因此设计宽带放大器时必须使用相应的方法补偿此增益滚降，且保证整个频带内的稳定性，所以要考虑宽带阻抗匹配及选择恰当的电路形式。宽带放大器有以下几种：①分布放大器；②平衡放大器；③有耗匹配放大器；④负反馈放大器。通过比较，虽然负反馈放大器各个特性的改良是以略微增加噪声为代价的，但这种电路形式仍不失为所需频段内综合效果最优的方法，因此采用负反馈形式。
1.2偏置和负反馈电路