基于ADS的通信設(shè)備低噪聲放大器改進(jìn)設(shè)計與仿真

摘要：介紹接收機(jī)前端的低噪聲放大器(LNA)對于整個通信設(shè)備的接收機(jī)系統(tǒng)靈敏度的影響，利用ADS軟件對接收機(jī)低噪聲放大器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，重點闡述了采用Smith圓圖和微帶線進(jìn)行輸入輸出阻抗的匹配。通過仿真結(jié)果可以看出，利用ADS進(jìn)行低噪聲放大器的設(shè)計符合預(yù)期指標(biāo)，對工程實際放大器設(shè)計提供參考價值。
關(guān)鍵詞：ADS；低噪聲放大器(LNA)；噪聲系數(shù)；靈敏度

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

1 噪聲系數(shù)與接收機(jī)靈敏度的關(guān)系
噪聲系數(shù)是指信號通過放大器之后，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(shù)就是噪聲系數(shù)。其定義為：

式中，n為放大器輸出端確定的信噪比。
而接收機(jī)靈敏度是維持接收機(jī)正常工作時。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(jī)內(nèi)部噪聲所決定的靈敏度作為衡量接收機(jī)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，則稱為最高靈敏度。
設(shè)天線的輸入信號為Es，則為源內(nèi)阻的熱噪聲，即Pni=4kTRs△fn，于是式(1)可寫為：

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

2 低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)
低噪聲放大器的主要指標(biāo)包括：噪聲系數(shù)(NF)、功率增益、穩(wěn)定性、動態(tài)范嗣、輸入輸出駐波比和反射系數(shù)等，其中對整個系統(tǒng)影響最大的指標(biāo)是噪聲系數(shù)和放大增益。
2．1 噪聲系數(shù)
噪聲系數(shù)通常用分貝表示：

式中，F(xiàn)min為晶體管最小噪聲系數(shù)，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(shù)，是獲得最佳Fmin時的最佳源反射系數(shù)。