Advanced Design System(ADS)软件是Agilent公司在HP EESOF EDA软件基础上发展完善的大型综合设计软件,它功能强大,能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计,广泛应用于通信、航天等领域,是射频工程师的得力助手。本文着重介绍如何使用 ADS 进行低噪声放大器的仿真与优化设计。
1.3 本课题的研究主要内容
低噪声放大器是无线接收机前端的重要部分,其主要作用是放大微弱信号,尽量使放大器引入的噪声减小。由于它处于接收机放大链的前端,因此,对整个系统来讲是非常重要的。它的噪声系数、增益和线性度等指标对整个射频接收机系统的性能有重要影响,其中噪声系数几乎决定了整个接收机的噪声性能。接收机灵敏度公式如下所示:
(1.1)
式中:k为波尔兹曼常数, 为温度,B为带宽, 是系统正确解调出接收信号所需的最小输出信噪比,Fn为噪声系数。
由上式可以看到,在影响接收机灵敏度的几个因素中,在常温下 是不变的,带宽B和 是由接收机结构决定的。当然也可以通过改变接收机结构来改变B和 或者采用低温来降低 ,本课题主要讨论噪声系数对接收机灵敏度的影响,不考虑温度的影响。
本课题对低噪声放大器的多种设计方法进行了研究,查阅了大量的资料,总结了前辈的设计经验,运用美国Agilent公司的高级设计软件 ADS2008 仿真,设计了一个在2.45GHz的频率范围内满足指标要求的低噪声放大器,研究了偏置电路的设计,较详细的利用smith圆图设计匹配网络,,并且对偏置电路对整个电路的影响进行了讨论。
第二章主要介绍低噪声放大器的一些理论知识,包括史密斯圆图的定义和阻抗匹配方法,S参数的定义及其仿真原理,长线阻抗匹配的分类及其要点和微带线理论及参数公式。
第三章主要介绍低噪声放大器设计中的主要性能指标,包括中心频率,带宽,噪声系数,增益,稳定性和输入输出驻波比。
第四章主要介绍原理图的设计方法步骤以及仿真结果,包括静态工作点的仿真,偏置电路的设计,第一级最小噪声匹配,第二(三)级最大增益匹配电路的设计和最终低噪声放大器的原理图的仿真。
2 低噪声放大器理论综述
2.1 史密斯圆图
史密斯图是一款用于电机与电子工程学的图表,主要用于传输线的阻抗匹配上。采用双线性变换,将z复平面上实部r=常数和虚部x=常数,两族正交直线变化为正交圆,并与:反射系数| |=常数和虚部x=常数套印而成。
图2.1 史密斯圆图
用归一化的负载阻抗来表示反射系数:
(2.1)
归一化的负载阻抗和 之间的关系是一一对应的。所以画在史密斯原图上的曲线只不过是在 平面上画出的常数电阻和电抗的等值线。当中的 代表其线路的反射系数,即S11, 是归一负载值,即 / 。 是电路的负载值, 是传输线的特性阻抗值,通常会使用50Ω。图表中的圆形线代表电阻抗力的实数值,即电阻值,中间的横线与向上和向下散出的线则代表电阻抗力的虚数值,即由电容或电感在高频下所产生的阻力,当中向上的是正数,向下的是负数。图表最中间的点(1+j0)代表一个已匹配的电阻数值,同时其反射系数的值会是零。图表的边缘代表其反射系数的长度是1,即100%反射。在图边的数字代表反射系数的角度(0~180度)和波长 (由零至半个波长)。 S波段场效应管低噪声放大器的设计仿真(2):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_3510.html