基于ATF54153的射頻低噪聲放大器設計

王 蓉

基于ATF54153的射頻低噪聲放大器設計

王 蓉

項目編號：JXJG2013-45-9

王 蓉

九江職業技術學院

王蓉（1976-）女，湖北宜昌，九江職業技術學院副教授，工程碩士，研究方向：通信與信息技術。

為了獲得高增益、低噪聲的射頻放大器，文中以1.850～1.950GHz低噪聲放大器為例，簡要介紹Smith圓圖在射頻低噪聲放大器設計中的應用，以及使用ADS軟件進行仿真設計的過程。該設計具有計算簡單、設計快捷、修改方便的特點。

隨著現代移動通信技術的發展，其工作頻率越來越高，功率輻射小，抗干擾能力強，這就對接收系統的性能提出了更高的要求。低噪聲放大器一般安裝在接收機的最前端，是接收機的重要組成部分。其性能參數對整個接收系統的性能起到決定性的作用，主要影響接收系統的噪聲系數、接收靈敏度。理想條件下，希望放大器的噪聲足夠小、增益足夠高，但最小噪聲和最大增益是一對相互矛盾的參數，設計時通常以犧牲增益為代價來獲得較低的噪聲系數。

在低噪聲放大器的噪聲系數NF、噪聲溫度、增益、動態范圍、反射系數和輸入輸出駐波比等性能參數中，我們主要考慮的是噪聲系數。本設計選擇合適的低噪聲放大管、輸入輸出匹配電路，以1.850～1.950GHz的低噪聲放大器為例，介紹了利用ADS仿真軟件設計LAN的簡要過程。其設計目標為：

工作頻率：1.850～1.950GHz；增益：＞12dB；增益平坦度：每5MHz帶內小于0.2dB。

利用S參量和Smith圓圖設計LAN

如圖1是帶有匹配的低噪聲放大電路的方框圖。

圖1 帶有匹配的低噪聲放大電路的方框圖

輸入、輸出之間的關系可表示為：

a1、a2表示輸入端口P1面、輸出端口P2面上的歸一化入射波電壓，b1、 b2表示輸入端口P1面、輸出端口P2面的歸一化反射波電壓。

我們知道在射頻系統中以50歐姆阻抗為標準匹配；廣播電視是以75Ω為標準。利用Smith圓可以方便直觀實現系統阻抗匹配、增益、噪聲系數設計。

電路設計

低噪聲放大管的選擇

為了達到射頻低噪聲放大管的低噪聲系數、高頻率的設計要求，一般要求放大管的截止頻率fT≥4f。為了符合放大器大于12dB工作增益的要求，我們選取安捷倫公司的增強型高電子遷移率場效應管ATF54143，2GHz時它的增益為16.6dB、OIP3為36.23dBm左右。

輸入輸出匹配電路的設計

設計時在輸入輸出端采用高通匹配方式實現優化匹配，噪聲系數只有0.2左右，穩定性大于1，駐波比小于1.25。在S極加兩條微帶線代替反饋元件，采用串接阻抗負反饋的方法保證低噪聲放大器穩定工作。

ADS軟件仿真設計及結果

目前國內高校和科研院所在進行射頻電路設計時，一般使用安捷倫公司ADS軟件。ADS軟件擁有多種仿真分析方法，可實現時域與頻域、數字與模擬、線性與非線性、噪聲的仿真分析，可對設計結果進行成品率分析與優化，設計修改方便，縮短了設計周期，節約了設計成本。

經過S參數仿真，在ATF34143的S極加兩條微帶線改變穩定性，通過優化匹配，噪聲系數只有0.2左右，穩定性大于1，駐波比小于1.25。將ATF54153的封裝模型替代SP模型，并由直流仿真計算出直流偏置，重新優化元件參數，得到仿真結果如圖2。

由圖2的仿真數據結果可以看出，仿真結果滿足設計要求。

圖2 仿真數據結果

結語

在電路設計前階段 ，我們先用ADS軟件仿真設計評估，用它進行電路設計、優化、仿真，得到了高增益、低噪聲的放大器。該設計理論計算簡單、設計過程快捷、參數修改方便，其設計方法適用于其他同類型的低噪聲放大器的設計，在工程中具有較高的實用價值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.070