基于ADS宽带微波低噪声放大器设计与仿真
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（华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山
摘
063210）
要：文章主要研究低噪声放大器在宽频带范围内增益平坦度低、阻抗匹配差的问题。选用 Avago 公司生产的具有
高动态范围和低噪声特性的 PHEMT 器件 ATF⁃38143 晶体管，采用自给偏置共源，负反馈结构，基于 ADS 仿真设计完成一款
两级级联的宽带低噪声放大器。该放大器利用源极串联反馈电感和输入端接双支节微带线的匹配方法。仿真结果显示放
2019 年 8 月 1 日
第 42 卷第 15 期
170
DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2019.15.042
Aug. 2019
Vol. 42 No. 15
现代电子技术
Modern Electronics Technique
基于 ADS 宽带微波低噪声放大器设计与仿真
马翠红，靳伟超，陈宇擎，杨友良
会发生很大的变化，且输入输出端口的回波损耗系数大
自身噪声、带宽和增益之间存在折中，对下级电路的噪
于-10 dB；同时，随着工作频率的升高，正向功率增益也
声也不能起到很好的抑制作用。
电容影响，尤其当晶体管工作在高频段其增益存在逐渐
可以增加反馈电阻，此时宽带阻抗匹配变差，且电路失
下降的特性 [1]，因此宽带低噪声放大器的设计难点在于
Keywords：Amplifier ADS Negative feedback；self⁃bias；common source cascade；impedance matching；gain flatness
0
引
匹配、分布式、共栅输入、负反馈 [2⁃5]等多种电路结构。其
言
中，负反馈结构在宽频带内具有稳定系数高、非线性失
show that，in the frequency band of 1.0~3.0 GHz，the amplifier ′ s input and output return loss of is less than ⁃ 10 dB，system
stability factor K > 1，noise figure is 1.6±0.4 dB，maximum gain is 26.5 dB，gain flatness is reduced to ±0.5 dB.况下，要想增加环路增益，一方面，
跨导，但大尺寸管的寄生电容较大，密勒效应加强，也会
限制带宽。
为此有许多文献提出改进负反馈结构方法，文献[7]
在两级放大器中均利用变压器形成负反馈，该结构弥补
了负反馈结构反向隔离差的特点，但是结构复杂，增益
平坦度易受外界干扰。文献[8]在输入端增加了 RLC 匹
are studied. A two⁃stage cascaded broadband low⁃noise amplifier was designed and realized based on ADS simulation software，
in which Avago Company ′ s ATF ⁃ 38143 transistor of PHEMT device with high dynamic range and low ⁃noise characteristic was
大器在 1.0~3.0 GHz 的频带范围内，输入输出回波损耗均小于-10 dB；系统稳定性因子 K > 1 ；噪声系数为（1.6±0.4）dB；最大
增益为 26.5 dB，增益平坦度缩小到±0.5 dB。
关键词：低噪声放大器；ADS；负反馈；自偏置；共源级联；阻抗匹配；增益平坦度
中图分类号：TN722.3⁃34
（College of Electrical Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063210，China）
Abstract：The low gain flatness and poor impedance matching of a low noise amplifier working in a wide frequency band
真增大；另一方面，可以通过增加晶体管宽长比来提高
会以 6 dB/倍频程的速率快速衰减，另一方面因为寄生
宽频带内同时保证高的正向增益即增益平坦度。
目前，针对宽带低噪声放大器已经设计提出如滤波
收稿日期：2018⁃09⁃21
修回日期：2018⁃10⁃17
基金项目：国家自然科学基金项目（61171058）
Project Supported by National Natural Science Foundation of
used，and a self⁃biased common source and negative feedback structure were adopted. The matching method of a source⁃series
feedback inductor and the input⁃terminal connecting a two ⁃node microstrip line is used in the amplifier. The simulation results
文章编号：1004⁃373X（2019）15⁃0170⁃05
文献标识码：A
Design and simulation of broadband microwave low⁃noise amplifier based on ADS
MA Cuihong，JIN Weichao，CHEN Yuqing，YANG Youliang
低噪声放大器作为射频通信接收系统的第一级有
真小、增益平坦等优点，另外，负反馈也可被用来实现宽
源电路，其性能直接决定整个系统的特性。对于宽带低
带 内 较 好 的 阻 抗 匹 配 。 但 在 宽 带 应 用 中 ，仍 有 其 局 限
噪声放大器电路来说，因晶体管的 S 参数在工作频带内
性 [6]。因该结构是以牺牲放大器的增益来获得带宽的，
摘
063210）
要：文章主要研究低噪声放大器在宽频带范围内增益平坦度低、阻抗匹配差的问题。选用 Avago 公司生产的具有
高动态范围和低噪声特性的 PHEMT 器件 ATF⁃38143 晶体管，采用自给偏置共源，负反馈结构，基于 ADS 仿真设计完成一款
两级级联的宽带低噪声放大器。该放大器利用源极串联反馈电感和输入端接双支节微带线的匹配方法。仿真结果显示放
2019 年 8 月 1 日
第 42 卷第 15 期
170
DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2019.15.042
Aug. 2019
Vol. 42 No. 15
现代电子技术
Modern Electronics Technique
基于 ADS 宽带微波低噪声放大器设计与仿真
马翠红，靳伟超，陈宇擎，杨友良
会发生很大的变化，且输入输出端口的回波损耗系数大
自身噪声、带宽和增益之间存在折中，对下级电路的噪
于-10 dB；同时，随着工作频率的升高，正向功率增益也
声也不能起到很好的抑制作用。
电容影响，尤其当晶体管工作在高频段其增益存在逐渐
可以增加反馈电阻，此时宽带阻抗匹配变差，且电路失
下降的特性 [1]，因此宽带低噪声放大器的设计难点在于
Keywords：Amplifier ADS Negative feedback；self⁃bias；common source cascade；impedance matching；gain flatness
0
引
匹配、分布式、共栅输入、负反馈 [2⁃5]等多种电路结构。其
言
中，负反馈结构在宽频带内具有稳定系数高、非线性失
show that，in the frequency band of 1.0~3.0 GHz，the amplifier ′ s input and output return loss of is less than ⁃ 10 dB，system
stability factor K > 1，noise figure is 1.6±0.4 dB，maximum gain is 26.5 dB，gain flatness is reduced to ±0.5 dB.况下，要想增加环路增益，一方面，
跨导，但大尺寸管的寄生电容较大，密勒效应加强，也会
限制带宽。
为此有许多文献提出改进负反馈结构方法，文献[7]
在两级放大器中均利用变压器形成负反馈，该结构弥补
了负反馈结构反向隔离差的特点，但是结构复杂，增益
平坦度易受外界干扰。文献[8]在输入端增加了 RLC 匹
are studied. A two⁃stage cascaded broadband low⁃noise amplifier was designed and realized based on ADS simulation software，
in which Avago Company ′ s ATF ⁃ 38143 transistor of PHEMT device with high dynamic range and low ⁃noise characteristic was
大器在 1.0~3.0 GHz 的频带范围内，输入输出回波损耗均小于-10 dB；系统稳定性因子 K > 1 ；噪声系数为（1.6±0.4）dB；最大
增益为 26.5 dB，增益平坦度缩小到±0.5 dB。
关键词：低噪声放大器；ADS；负反馈；自偏置；共源级联；阻抗匹配；增益平坦度
中图分类号：TN722.3⁃34
（College of Electrical Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063210，China）
Abstract：The low gain flatness and poor impedance matching of a low noise amplifier working in a wide frequency band
真增大；另一方面，可以通过增加晶体管宽长比来提高
会以 6 dB/倍频程的速率快速衰减，另一方面因为寄生
宽频带内同时保证高的正向增益即增益平坦度。
目前，针对宽带低噪声放大器已经设计提出如滤波
收稿日期：2018⁃09⁃21
修回日期：2018⁃10⁃17
基金项目：国家自然科学基金项目（61171058）
Project Supported by National Natural Science Foundation of
used，and a self⁃biased common source and negative feedback structure were adopted. The matching method of a source⁃series
feedback inductor and the input⁃terminal connecting a two ⁃node microstrip line is used in the amplifier. The simulation results
文章编号：1004⁃373X（2019）15⁃0170⁃05
文献标识码：A
Design and simulation of broadband microwave low⁃noise amplifier based on ADS
MA Cuihong，JIN Weichao，CHEN Yuqing，YANG Youliang
低噪声放大器作为射频通信接收系统的第一级有
真小、增益平坦等优点，另外，负反馈也可被用来实现宽
源电路，其性能直接决定整个系统的特性。对于宽带低
带 内 较 好 的 阻 抗 匹 配 。 但 在 宽 带 应 用 中 ，仍 有 其 局 限
噪声放大器电路来说，因晶体管的 S 参数在工作频带内
性 [6]。因该结构是以牺牲放大器的增益来获得带宽的，