基于ADS的S波段平衡式寬帶低噪聲放大器設計

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

經過仿真，確定微帶線拐角的切角長度大致為50 Ω微帶線寬度的20％時傳輸效果最好。
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LNA。在該設計中重點關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決定，所以設計分支放大器時，駐波比可以先不關注。
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。經過仿真優化以及考慮到標稱電阻值的問題，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
一般的放大器網絡為共源極結構，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電阻和增加反饋電路等。在柵極加串聯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，所以對放大網絡噪聲的影響很小。通過給晶體管加入源極負反饋，可以改善晶體管的穩定狀態。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現，而是使用終端短路微帶線來實現。該設計采用源極加終端短路微帶線的方式，通過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
在設計匹配網絡的時候，選擇合理的拓撲結構對于低噪聲放大器的設計至關重要。本文采用的拓撲結構是并聯導納式結構，即利用串聯微帶傳輸線進行導納變換，然后并聯一個微帶分支線，微帶線的終端開路(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行匹配，當ΓS=Γopt時，噪聲系數最小，NF=NFmin。當ΓS≠Γopt時，