基于ATF54153的射频低噪声放大器设计

王 蓉

基于ATF54153的射频低噪声放大器设计

王 蓉

项目编号：JXJG2013-45-9

王 蓉

九江职业技术学院

王蓉（1976-）女，湖北宜昌，九江职业技术学院副教授，工程硕士，研究方向：通信与信息技术。

为了获得高增益、低噪声的射频放大器，文中以1.850～1.950GHz低噪声放大器为例，简要介绍Smith圆图在射频低噪声放大器设计中的应用，以及使用ADS软件进行仿真设计的过程。该设计具有计算简单、设计快捷、修改方便的特点。

随着现代移动通信技术的发展，其工作频率越来越高，功率辐射小，抗干扰能力强，这就对接收系统的性能提出了更高的要求。低噪声放大器一般安装在接收机的最前端，是接收机的重要组成部分。其性能参数对整个接收系统的性能起到决定性的作用，主要影响接收系统的噪声系数、接收灵敏度。理想条件下，希望放大器的噪声足够小、增益足够高，但最小噪声和最大增益是一对相互矛盾的参数，设计时通常以牺牲增益为代价来获得较低的噪声系数。

在低噪声放大器的噪声系数NF、噪声温度、增益、动态范围、反射系数和输入输出驻波比等性能参数中，我们主要考虑的是噪声系数。本设计选择合适的低噪声放大管、输入输出匹配电路，以1.850～1.950GHz的低噪声放大器为例，介绍了利用ADS仿真软件设计LAN的简要过程。其设计目标为：

工作频率：1.850～1.950GHz；增益：＞12dB；增益平坦度：每5MHz带内小于0.2dB。

利用S参量和Smith圆图设计LAN

如图1是带有匹配的低噪声放大电路的方框图。

图1 带有匹配的低噪声放大电路的方框图

输入、输出之间的关系可表示为：

a1、a2表示输入端口P1面、输出端口P2面上的归一化入射波电压，b1、 b2表示输入端口P1面、输出端口P2面的归一化反射波电压。

我们知道在射频系统中以50欧姆阻抗为标准匹配；广播电视是以75Ω为标准。利用Smith圆可以方便直观实现系统阻抗匹配、增益、噪声系数设计。

电路设计

低噪声放大管的选择

为了达到射频低噪声放大管的低噪声系数、高频率的设计要求，一般要求放大管的截止频率fT≥4f。为了符合放大器大于12dB工作增益的要求，我们选取安捷伦公司的增强型高电子迁移率场效应管ATF54143，2GHz时它的增益为16.6dB、OIP3为36.23dBm左右。

输入输出匹配电路的设计

设计时在输入输出端采用高通匹配方式实现优化匹配，噪声系数只有0.2左右，稳定性大于1，驻波比小于1.25。在S极加两条微带线代替反馈元件，采用串接阻抗负反馈的方法保证低噪声放大器稳定工作。

ADS软件仿真设计及结果

目前国内高校和科研院所在进行射频电路设计时，一般使用安捷伦公司ADS软件。ADS软件拥有多种仿真分析方法，可实现时域与频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声的仿真分析，可对设计结果进行成品率分析与优化，设计修改方便，缩短了设计周期，节约了设计成本。

经过S参数仿真，在ATF34143的S极加两条微带线改变稳定性，通过优化匹配，噪声系数只有0.2左右，稳定性大于1，驻波比小于1.25。将ATF54153的封装模型替代SP模型，并由直流仿真计算出直流偏置，重新优化元件参数，得到仿真结果如图2。

由图2的仿真数据结果可以看出，仿真结果满足设计要求。

图2 仿真数据结果

结语

在电路设计前阶段 ，我们先用ADS软件仿真设计评估，用它进行电路设计、优化、仿真，得到了高增益、低噪声的放大器。该设计理论计算简单、设计过程快捷、参数修改方便，其设计方法适用于其他同类型的低噪声放大器的设计，在工程中具有较高的实用价值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.070