利用ADS仿真设计低噪声放大器内容摘要本文给出了利用ADS仿真

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低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADS

低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADS
1.3 热噪声的定义
导体中的噪声功率表示为: Pn kT f kTB
1 Gmax
(1)
其中K为波尔兹曼常数,T是绝对温度用K表示,
而 f B 是测量系统的噪声带宽 B
RS



0
G ( f )df
匹配条件下:
RL RS
Vn RMS
) - )
Vn2RMS Pn kTB 4RS
根据分析,为获得最小的FET本征噪声,从FET输入口P1面向信源方向 视入的反射系数有一个最佳值,用out表示。当改变输入匹配电路使呈现
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三、低噪声放大器基础知识
1.3 放大器常用元器件
2.三端的晶体管器件
双极晶体管(BJT)
金属半导体场效应管 (MESFET) 拟晶态高电子迁移率晶体管(PHEMT) 异质结晶体管(HBT)
2019/1/9
三、低噪声放大器基础知识
1.4 放大器的技术参数
(1)频率范围: 放大器的工作频率范围是选择器件和电路拓扑设计的 前提。 (2)增益: 它是放大器的基本指标。按照增益可确定放大器的级 数和器件类型。 实际功率增益:负载吸收功率与二端口网络输入端吸收功率之比,
实际增益测量时,常用插入法,即用功率计先测信号
源能给出的功率P1;再把放大器接到信源上,用同一功率 计测放大器输出功率P2,功率增益就是
P2 G P1
低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪
声最佳匹配点并非最大增益点,因此增益G要下降。噪声 最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常,相关增益比 最大增益大概低2-4dB。
由(1)和(2)
(2)
电路的噪声电压
Vn RMS 4kTBRS

基于ADS低噪声放大器的设计与仿真

基于ADS低噪声放大器的设计与仿真

基于ADS低噪声放大器的设计与仿真作者:管军钟文果来源:《硅谷》2011年第13期摘要:介绍Agilent公司的ADS仿真软件进行设计与仿真低噪声放大器的方法与步骤。

首先简介低噪声放大器的主要技术指标,然后利用Agilent芯片ATF-55143进行低噪声放大器的设计仿真,通过仿真得到中心频率为2.45GHz的通带内的增益大于12dB;噪声系数小于2.5dB;通带内绝对稳定,系统的特性主抗为50欧姆的仿真结果,这对低噪声放大器的设计有一定的参考价值。

关键词: ADS仿真;低噪声放大器;芯片ATF-55143中图分类号:TN850.8 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2011)0710065-030 引言低噪声放大器(Low noise amplifier,LNA)是射频接收机前端的重要部分。

其主要的作用是放大接收到的微弱信号和以足够高的增益克服后续各级(如混频器)的噪声,并尽可能少地降低其附加噪声的干扰。

,由于处于接收机的最前端,其抑制噪声的能力直接关系到整个收发系统的性能。

而随着射频识别﹑移动通信等领域技术的不断发展,对LNA也提出更高的要求,不仅要求有足够小的低噪声系数,还要求在较宽的带宽有足够高的功率增益,并且在接收带宽内功率增益平坦度好。

本文先介绍低噪声放大器的设计的一些主要指标,利用微波设计领域的ADS仿真软件,通过对芯片ATF-55143的稳定性等性能仿真,最后设计出结构简单紧凑,性能指标较好的低噪声放大器。

1 低噪声放大器的的主要指数指标1.1 LNA的功率增益与相关增益微波放大器功率增益有不同的定义,如实际增益、共扼增益等。

对于一般的低噪音放大器,功率增益通常是指负载与信源都是50Ω标准阻抗情况下的实测增益。

实际测量功率增益时,常用的方法是插入法,这种方法是用功率计先测信号源能给出的功率P1;再把放大器接到信源上,并利用同一功率计测放大器输出功率P2,功率增益就是低噪声放大器都是按照噪声的最佳匹配进行设计。

基于ads仿真的低噪声放大器设计论文

基于ads仿真的低噪声放大器设计论文

基于ads仿真的低噪声放大器设计论文论文题目:基于ADS仿真的低噪声放大器设计摘要:低噪声放大器在无线通信系统中具有至关重要的作用,能够提高信号传输的质量和可靠性。

本论文基于ADS仿真平台对低噪声放大器的设计进行研究和优化,采用一种新颖的设计方法,以降低放大器的噪声系数,提高系统的性能。

首先,通过对低噪声放大器的原理和特性进行深入分析,确定了设计的目标和要求。

然后,利用ADS仿真工具进行电路设计和参数优化,并进行了相应的性能评估。

最后,通过实验验证了设计的有效性和可行性。

关键词:低噪声放大器、ADS仿真、噪声系数、性能评估、实验验证1.引言低噪声放大器在无线通信系统中起着关键作用,能够提高信号传输的质量和可靠性。

在设计低噪声放大器时,关注的主要指标是放大器的噪声系数。

低噪声放大器的设计需要考虑到多种因素,包括频率响应、幅度稳定性、增益平坦度等。

本论文旨在通过ADS仿真工具来实现低噪声放大器的设计和评估,优化其性能。

2.低噪声放大器设计原理3.ADS仿真工具的应用ADS是Agilent技术公司开发的一种射频和微波电路设计与仿真软件,具有强大的仿真和优化功能。

在本论文中,将使用ADS仿真工具来实现低噪声放大器的设计和优化。

通过合理选择元器件和调整电路参数,我们可以得到一个满足设计要求的低噪声放大器。

4.低噪声放大器设计和优化首先,在ADS中建立低噪声放大器的电路模型,包括源极、基极和负载等部分。

然后,通过电路参数的优化,使得在给定的频带内,低噪声放大器的噪声系数降至最低,并达到最佳的增益。

5.性能评估通过仿真数据对设计的低噪声放大器进行性能评估。

主要评估指标包括增益、噪声系数、频率响应以及其他性能参数。

比较设计方案的优缺点,选择和调整最佳的方案。

6.结果分析与讨论对仿真结果进行分析和讨论,评估设计的低噪声放大器方案的可行性和有效性。

对于不符合要求的设计方案,可以对电路参数进行进一步优化,以获得更好的性能。

毕业设计(论文)-基于ads的微波低噪声放大器的仿真设计[管理资料]

毕业设计(论文)-基于ads的微波低噪声放大器的仿真设计[管理资料]

毕业设计(论文)题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计所属院(系) 物电学院专业班级电子1201姓名学号:指导老师完成地点物电学院实验室2016年6月5日毕业论文﹙设计﹚任务书院(系) 物电学院专业班级电子信息工程学生姓名一、毕业论文﹙设计﹚题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计二、毕业论文﹙设计﹚工作自 2016 年 2 月 20 日起至 2016 年 6 月 20 日止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 物电学院实验室四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求:(LNA)广泛应用于微波接收系统中,是重要器件之一,主要用来放大低电平信号,由于是自天线下来第一个进行信号处理的器件,LNA决定了整个系统的噪声性能和电压驻波比VSWR,,往往需要对驻波比和噪声性能参数指标进行处理。

那么如何对这两个性能参数进行处理就成为低噪声放大器设计中的一个难点。

这个难点的最好解决方法就是放在放大器输入输出匹配网络的设计中来解决。

本设计是利用微波射频仿真软件ADS对微波低噪声放大器进行仿真设计,掌握微波射频电路的工程设计理论和设计方法,提高专业素质和工程实践能力。

其具体要求如下:1、分析微波低噪声放大器的各项参数;2、查找相关资料并翻译相关的英文资料;3、设计一微波低噪声放大器,根据所选器件,设计相应偏置电路;4、设计输入输出匹配电路,并利用仿真软件ADS对设计进行仿真验证。

进度安排:2月20日─3月1日:查阅资料、完成英文资料翻译并准备开题报告3月2日─4月1日:熟悉软件的使用并提交开题报告4月2日─5月1日:完善开题报告、研究微波低噪声放大器的理论设计方法、并建立偏置电路和匹配电路,进行期中检查。

5月2日─5月30日:利用软件建立微波低噪声放大器模型并进行仿真验证,准备验收。

6月1日─6月10日:撰写毕业设计论文并提交论文6月11日─6月15日:毕业设计答辩。

毕业设计应收集资料及参考文献:[1]低噪声放大器(LNA)[J].通信技术,2016(01)[2][D]电子科技大学,2009.[3][D]广东工业大学,2013.[4]. 2006.[5].[6] 射频功率放大器的研制[D].指导教师系 (教研室)系(教研室)主任签名批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计学生:(陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业电子1201班级,陕西汉中 723000)指导老师:[摘要]低噪声放大器用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器,以及高灵敏度电子探测设备的放大电路,低噪声放大器也主要面向移动通信基础设施基站应用。

低噪声放大器的ADS仿真与设计

低噪声放大器的ADS仿真与设计

低噪声放大器的ADS仿真与设计前言无线通信系统中的小信号放大器,除了要求增益以外,另有特别需求的低噪声度NF。

低噪声放大器主要用作接收机的输入级,一般称其为前端。

这一置于前端的前置放大器噪声的大小将会主导接收系统的整体噪声度,因而必须是一个低噪声放大器。

本文介绍了通过ADS仿真采用AT-41511[1]低噪声晶体管实现低噪声放大器的设计,主要设计指标:工作频带750MHz~850MHz;增益:大于14dB;增益带内波动:小于 0.5dB;输入输出回波损耗:小于-10dB ;噪声系数:小于1.8dB ;稳定性:无条件稳定。

ADS2006A(Advanced Design System)软件是Agilent公司在HPEESOF系列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设计,是射频工程师的得力助手。

1、直流偏置电路设计晶体管放大器的偏压设计[5]都以一个电源供应配合电阻网络组成。

为获得较低的噪声系数参考AT-41511手册选定直流工作点为Q(VCE,IC) 即VCE =5.0V,IC=5mA且已知VCC =6V,取近似值根据以下公式[6]可以得到直流偏置电路电阻的阻值。

采用集电极反馈的偏置电路如图1所示。

图1 直流偏置电路设计由于实际器件参数和ADS器件库中模型参数有一定的差异,即使同一批器件由于工艺上的偏差,其单个器件参数也有所不同[6],故上述计算只能得到偏置电路的大致参数。

之后在PCB实际调试的时候,首先调整偏置电路各电阻的阻值以使晶体管偏置在所需要的的状态下。

2、稳定性设计根据AT-41511的s参数模型做稳定系数仿真可以看出,在所需要的频段内放大器是不稳定的,需要进行稳定电路[5]的设计。

增加稳定电阻和电容如图2所示,仿真可以得到如下图3所示的仿真结果,可以看出增加稳定电阻电容后在所需的频段内稳定因子K>1,放大器是无条件稳定的。

图2 增加稳定电路的仿真图图3 稳定系数仿真结果3、输入输出匹配电路设计为了获得最小的噪声系数,Γs有个最佳值Γopt[8],此时LNA达到最小噪声系数,即达到最佳噪声匹配状态。

低噪声放大器的设计与灵敏度分析

低噪声放大器的设计与灵敏度分析

低噪声放大器的设计与灵敏度分析梁晶晶;沈福贵;逯贵祯【摘要】本文设计的低噪声放大器利用集成芯片ATF36163完成了电路的设计,利用ADS软件进行设计、优化和仿真,最后给出了仿真结果、版图设计及实测结果。

同时通过研究电路参数的灵敏度对该低噪声放大器进行了灵敏度分析,使得低噪声放大器不仅符合接收机对LNA的指标要求,还能使性能更加稳定。

%This paper uses the integrated chips ATF36163 to complete the circuit design , and offers the simulation results with the design,optimizing and simulation of Agilent ADS ,the layout and the measured results. Meanwhile,the sensitivity analysis of the parameters through RF circuit parameter is researched. The results show that the LNA after the sensitivity analysis not only conforms to the specifications of the receiver, but also makes the performance more stable.【期刊名称】《中国传媒大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(019)002【总页数】6页(P64-69)【关键词】低噪声放大器(LNA);噪声系数;增益;灵敏度分析【作者】梁晶晶;沈福贵;逯贵祯【作者单位】中国传媒大学信息工程学院,北京100024;中国传媒大学信息工程学院,北京100024;中国传媒大学信息工程学院,北京100024【正文语种】中文【中图分类】TN722.3低噪声放大器是射频接收机前段的关键模块,它对天线接收到的微弱射频信号进行线性放大,同时抑制各种噪声干扰,提高系统灵敏度。

基于ADS的通信设备低噪声放大器改进设计与仿真

基于ADS的通信设备低噪声放大器改进设计与仿真

是获得最佳 Fmin 时的最佳源反射系数。
作者简介:宫 波(1984—),男,山东青岛人,硕士研究生。 研究方向:机载设备的电磁兼容。
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《电子设计工程》2010 年第 2 期
在某些噪声系数要求极高的系统中, 由于噪声系数很
小,用噪声系数表示不方便,通常采用噪声温度表示,则噪声
温度 Te 与噪声系数 NF 的换算关系:
2Т919Б,其 工 作 频 率 范 围 为 1~2 GHz,增 益 约 10 dB,噪 声 系 数 大于 2.3 dB[4]。 3.2 改进设计时低噪声放大器晶体管
通信设备采用 PHEMT 场效应晶体管的低噪声放大器在 800 MHz 频段噪声系数可达 0.4 dB,增益约 17 dB;1 900 MHz 频段噪声系数可达 0.6 dB, 增益约 15 dB。 经比较,本设计用 Agilent 公 司 的 AT-41533 低 噪 声 晶 体 管 实 现 低 噪 声 放 大 器 。 所 设 计 低 噪 声 放 大 器 的 主 要 指 标 为 : 工 作 频 带 1.2~1.4 GHz (载 波 频率 1.3 GHz);增 益 大于 13 dB;噪 声 系 数 小 于 1.5 dB; 无条件稳定。 3.3 晶体管直流工作点的扫描
Te=T0(NF-1)
(6)
式中,T0 为环境温度,通常为 290 K。
2.2 功率增益
对于实际的低噪声放大器,功率增益通常是指信源和负
载都是 50 Ω 标准阻抗情况下实测的增益 。 即先测出没有放
大 器 时 输出 的 功 率 P1,连 接 有 加入 放 大 器后 再 测 量输 出 的 功 率 P2,则功率增益 G=P2/P1。
从表 1 看出 ,在 1.2~1.4 GHz 的频带范围内 ,K、B 值 均大 于 1,由 式 (7)、式 (8)得出 在 此 工作 频 带 内系 统 无条件稳定,无需另外设计稳定电路。 3.5 匹配电路设计 3.5.1 输入匹配电路的设计

宽带低噪声放大器ADS仿真与设计

宽带低噪声放大器ADS仿真与设计

宽带低噪声放大器ADS仿真与设计[导读]介绍一种X波段宽带低噪声放大器(LNA)的设计。

该放大器选用NEC公司的低噪声放大管NE3210S01(HJFET),采用微带阻抗变换型匹配结构和两级级联的方式,利用ADS软件进行设计、优化和仿真。

最后设计的放大器在10~13 GHz范围内增益为25.4 dB+0.3 dB,噪声系数小于1.8 dB,输入驻波比小于2,输出驻波比小于1.6。

该放大器达到了预定的技术指标,性能良好。

O 引言低噪声放大器(low noise amplifier,LNA)是射频接收机前端的重要组成部分。

它的主要作用是放大接收到的微弱信号,足够高的增益克服后续各级(如混频器)的噪声,并尽可能少地降低附加噪声的干扰。

LNA一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连,由于处于接收机的最前端,其抑制噪声的能力直接关系到整个接收系统的性能。

因此LNA的指标越来越严格,不仅要求有足够小的低噪声系数,还要求足够高的功率增益,较宽的带宽,在接收带宽内功率增益平坦度好。

该设计利用微波设计领域的ADS软件,结合低噪声放大器设计理论,利用S参数设计出结构简单紧凑,性能指标好的低噪声放大器。

1 设计指标下面提出所设计的宽带低噪声放大器需要考虑的指标:(1)工作频带:10~13 GHz。

工作频带仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围,而且还要在全频带内使噪声系数满足要求。

(2)噪声系数:FN<1.8 dB。

FN表示输入信噪比与输出信噪比的比值,在理想情况下放大器不引入噪声,输入/输出信噪比相等,FN=O dB。

较低的FN可以通过输入匹配到最佳噪声匹配点和调整晶体管的静态工作点获得。

由于是宽带放大器,难以获得较低的噪声系数,这就决定了系统的噪声系数会比较高。

(3)增益为25.4 dB。

LNA应该有足够高的增益,这样可以抑制后面各级对系统噪声系数的影响,但其增益不宜太大;避免后面的混频器产生非线性失真。

(4)增益平坦度为O.3 dB。

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真论文

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真论文

齐齐哈尔大学综合实践(论文)题目基于ADS的低噪声放大器设计与仿真学院通信与电子工程学院专业班级 xxxxxxxx 学生姓名 xxxxxxx 学生学号 xxxxxxxxxxx 指导教师 xxxxx摘要:低噪声放大器,实质上就是噪声系数很低的放大器。

一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器,以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。

噪声放大器主要面向移动通信基础设施基站应用,例如收发器无线通信卡、塔顶放大器、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计。

本次课程设计的主要目的是熟练运用先进设计系统(ADS)仿真软件设计一个基于BJT的低噪声放大器,其仿真结果能够实现放大微弱信号,从而降低噪声干扰。

在接收机或各种特定的无线通信系统中,能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数,而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。

因此,低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。

关键词:低噪声放大器先进设计系统双极结型晶体管噪声系数接收机目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 低噪声放大器的应用 (1)1.3 本文课程设计实验目的及意义 (1)1.3.1 实验设计目的 (1)1.3.2 实验设计意义 (1)第二章低噪声放大器基础 (2)2.1 低噪声放大器的功能和指标 (2)2.2 软件设计仿真时注意事项 (2)第三章低噪声放大器的设计与仿真 (3)3.1 晶体管直流工作点的扫描 (3)3.1.1 建立工程 (3)3.1.2 晶体管工作点扫描 (3)3.2 晶体管的S参数扫描 (5)3.3 SP模型的仿真设计 (8)3.3.1 构建原理图 (8)3.3.2 SP模型仿真 (9)3.3.3 输入匹配设计 (10)3.4 综合指标的实现 (15)3.4.1 放大器稳定性分析 (15)3.4.2 噪声系数分析 (16)3.4.3 输入驻波比与输出驻波比 (16)第四章封装模型仿真设计 (18)4.1 直流偏置网络设计 (18)4.1.1 偏置网络计算 (18)4.1.2 偏置网络仿真 (19)4.2 封装模型的仿真 (20)4.2.1 重新建立原理图 (20)4.2.2 参数仿真 (20)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)第一章绪论1.1 概述低噪声放大器,噪声系数很低的放大器。

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真低噪声放大器(Low Noise Amplifier,简称LNA)是一种用于放大微弱信号的模拟电路。

在通信系统、雷达系统和无线传感器网络等应用中,LNA被广泛使用。

设计和仿真低噪声放大器可以通过多种方式实现,而其中一种常见的方法是基于开环电压增益的放大器设计技术。

下面将介绍如何基于ADS (Advanced Design System)软件进行LNA的设计与仿真,以实现低噪声和高增益。

首先,选择适当的晶体管器件。

根据所需的频率范围和特性要求,选择合适的晶体管型号。

ADS软件提供了多种晶体管模型,可以根据需要进行选择。

其次,进行电路拓扑设计。

根据晶体管的输入和输出阻抗要求,选择合适的匹配网络。

同时,还需要设计适当的偏置电路,以确保晶体管工作在最佳工作点。

然后,进行S参数仿真。

使用ADS软件的S参数仿真工具,对电路进行S参数仿真。

通过调整匹配网络和偏置电路,优化电路的S参数,以获得最佳的增益和带宽。

接下来,进行噪声参数仿真。

使用ADS软件的噪声参数仿真工具,对电路进行噪声参数仿真。

根据要求,选择适当的噪声参数模型,以评估电路的噪声性能。

然后,进行稳定性分析。

使用ADS软件的稳定性分析工具,对电路进行稳定性分析。

通过调整反馈网络和补偿网络,确保电路的稳定性。

最后,进行时域和频域仿真。

使用ADS软件的时域仿真和频域仿真工具,对电路进行时域和频域分析。

通过调整电路参数,优化电路的动态性能和频率响应。

需要注意的是,在整个设计过程中,应根据需要进行多次优化。

可以通过改变电路拓扑、调整匹配网络和偏置电路等方式进行优化。

总结起来,基于ADS的低噪声放大器设计与仿真主要包括晶体管选择、电路拓扑设计、S参数仿真、噪声参数仿真、稳定性分析、时域和频域仿真等步骤。

通过多次优化,可以实现低噪声和高增益的设计要求。

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真低噪声放大器(Low-Noise Amplifier, LNA)是射频电路中非常重要的一个部分,主要用于放大信号并减小信号中的噪声。

在无线通信系统中,LNA的性能对整体系统的灵敏度和性能有着较大影响。

因此,设计和优化LNA的性能是一个重要的任务。

为了设计和仿真低噪声放大器,我们可以使用射频电路设计工具ADS (Advanced Design System)。

以下是基于ADS的LNA设计和仿真步骤的详细说明:1.设定设计规格:首先,我们需要确定LNA的设计规格,包括增益、带宽、输入和输出阻抗以及噪声指标等。

这些规格将指导后续的设计和优化。

2.选择合适的器件模型:在ADS中,我们可以从器件库中选择合适的射频器件模型。

这些器件模型通常由芯片制造商提供,并包含了器件的电性能和行为特性。

3.组装电路拓扑:在ADS设计环境中,我们可以通过拖拽和连接器件模型,以及添加连接线和连接器等来组装电路拓扑。

根据设计规格,我们可以选择串联或并联的方式来组装放大器电路。

4.添加偏置电路:为了使LNA正常工作,我们需要添加适当的偏置电路。

这些偏置电路可以是直流电源、偏置电阻和偏置电容等。

5. 设计匹配网络:为了确保LNA的输入和输出阻抗与源和负载匹配,在ADS中,我们可以使用S参数和Smith图等工具来设计和优化匹配网络。

6.仿真性能指标:在设计完成后,我们可以使用ADS的模拟仿真工具来评估LNA的性能指标,如增益、噪声指标、稳定性和带宽等。

这些仿真结果可以帮助我们了解LNA的行为特性,识别并改进潜在的问题。

7.优化设计:根据仿真结果,我们可以进行一系列的设计优化,包括调整组件值、优化匹配网络、改变电路拓扑等。

通过不断地迭代优化,我们可以逐步接近设计规格的要求。

8.布局和封装:当设计满足规格要求后,我们可以进行布局设计和封装。

在ADS中,我们可以使用高级工具来完成布局和封装过程。

9.重新仿真和验证:在布局和封装完成后,我们需要重新进行仿真和验证。

利用ADS仿真设计低噪声放大器内容摘要本文给出了利用ADS仿真

利用ADS仿真设计低噪声放大器内容摘要本文给出了利用ADS仿真

利用ADS仿真设计低噪声放大器内容摘要:本文给出了利用ADS仿真设计低噪声放大器的设计方法及步骤,同时给出了该电路的优化仿真结果及电路性能在批量生产中的合格率。

通过设计方法可以看出,利用ADS进行微波电路仿真,它不但很方便的得出最佳电路设计,同时也能对微波电路的容差特性进行了仿真分析,是微波产品设计的良好工具。

关键词:S参量仿真、噪声系数、稳定性、YIELD、Y4IELD优化仿真。

1.引言:ADS软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便,通常对于小信号特性可以进行S参量仿真(?),可以得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性。

在电原理分析中可以利用仿真器YIELD进行电路的合格率分析,可以利用仿真器YIELD OPTIM进行电路最大合格率的优化分析,从而得到电路的最佳容差设计。

利用ADS软件进行低噪声放大器的设计我们会采用以上的工具进行电路的设计与优化,输出一个合格率较高的产品设计,为最终产品的开发成功奠定良好的基础。

2.设计目标在无线通信领域,为了提高接收信号的灵敏度,一般在接收机的最前端放置低噪声放大器,由于低噪声放大器的噪声系数较小,而接收系统经过合理的增益分布后,噪声系数主要由低噪声放大器决定,因此,降低低噪声放大器的噪声系数,是提高接收灵敏度的一种关键手段。

本文讲述的是用PHEMT场效应管ATF34143进行电路第一级的设计方法。

对于电路的第二级以及后续电路可以采用MMIC微波单片放大器完成。

因此低噪声放大器的关键设计是电路的第一级。

我们利用ATF34143完成的第一级低噪声放大的设计目标是:频率范围:1710MHZ~1980MHZ增益:大于12dB增益平坦度:每5MHZ带内小于0.2 dB输入回波损耗:小于1.5输出回波损耗:小于2.0噪声系数:小于0.8dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗)第二级对第一级呈现纯50Ω阻抗。

3.仿真设计:a)利用小信号S参量仿真A TF34143场效应管的最佳噪声系数下的源阻抗匹配及负载阻抗匹配条件。

基于ADS的射频低噪声放大器的设计与仿真

基于ADS的射频低噪声放大器的设计与仿真
3 A时 , 5m 各项设计指标满足要求 。
确定静 态工作点后 , 就要确 定偏 置电路 的形式 和参数 。 不需人工计算 , 借助 A S中的设计 向导工具 ( ei G ie - D D s n ud- ̄ g -
A p墒e T 0 Tas t i ti ) 以轻 易完成 。因 m l 卜+0l rni o Ba Uit 可 s s r s ly
24 最小噪声 系数 的输 入匹配 电路设 计 。 . 最大增 益的 输出
匹配 电路 设 计
设计 L A首 先需 要确 定 静态 工 作点 , N 利用 A S中 的 D T 的模 板可 以很 方便 地仿真 出其输 出特 性 曲线 。 ” 再参考 A F5 13的 dt h e, 以确定 当 = : T 一84 a set可 a 3 V,
计、 仿真 时便 于得到相应 的元器件模 型 , 终选用 A ao公 最 vg
司的高电子迁移率 晶体管 ( .H M A F5 13来 进行设 EP E T) T -8 4
计 ( 以在 A ao 可 vg 公司的网站上下载到 A F5 13的元 件模 T -84
型 ) 。
能够拓展工作带宽 。在 输 出端 和输人 端 之间 串联 R C电路 引入负反馈 , 中的 R需要满足条件 : 其 ¨
如果输入匹配 电路和输 出匹配电路使 射频 器件的输 入
阻抗 z i 和输出阻抗 Zu o都转换到标准系统阻抗 Z , Z : t 0即 i
z ,。 Z ( r = , L 0Z = 0或 s F =
, 图1 如 所示 ) 就可使 器
为 A S 提供的元 件数值是 非标称 的 , 以需要 设计 者用 D所 所 与 A S提供的数值接近的标 称元件进行替 代。偏 置电路及 D

ADS设计低噪声放大器的详细步骤详解

ADS设计低噪声放大器的详细步骤详解

3.1晶体管直流工作点扫描
仿真完毕,弹出结果窗口,如下页图。 留意关闭的时候要保存为适宜的名字。 另外图中的Marker是可以用鼠标拖动的。 由于承受的是ADS的设计模板,所以这 里的数据显示都已经设置好了。一般状 况下,数据的显示需要人为自行设置。
3.1晶体管直流工作点扫描
典型仿真结果图
3.1晶体管直流工作点扫描
前面仿真得到的晶体管
的输入阻抗。
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
选定
在原理图窗口的最上一
行,选择
弹出窗口如图
后,
选择
,综合完毕
后,即可生成适合的匹
配网络
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
匹配网络生成后,点 击 ,进入匹配网络 的子电路,如以以下图。
其中的T形接头 为计算时考虑阻抗突变 引入的。在实际电路中 并不代表任何实际长度 的电路,具体的含义请 参阅帮助文档。
在下面选择BJT_curve_tracer,在上面给新建的Design命名, 这里命名为BJT Curve
3.1晶体管直流工作点扫描
在新的Design中,会有系统预先设置好的组 件和控件,如以以以下图
3.1晶体管直流工作点扫描
如何在Design中参与晶体管 点击 ,翻开元件库
3.1晶体管直流工作点扫描
3.3 SP模型仿真设计-输出匹配设计
优化工具栏为 点击 ,参与优化控
件 点击 ,参与优化目
标控件
同3.1节对应操作,参与 sp模型的晶体管,并连 接电路如图。地的设置 按上面的 键即可调入。 图中的Term也是在仿真 中要常常用到的组件, 用以表示连接特征阻抗 的端口。
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
由于sp模型本身已经对应于一个确定的直流工作 点,因此在做S参数扫描的时候无需参与直流偏 置。

基于ADS仿真的宽带低噪声放大器设计

基于ADS仿真的宽带低噪声放大器设计

(1)
1K=
S11 2 -
S12 2 + Δ 2 > 1
(2)
2 S12 S21
S11 2 < 1 - S12 S21
(3)
S22 2 < 1 - S12 S21
(4)
如果根据晶体管数据手册中的 S 参数进行计算
分析 ,则计算过程复杂 ,可以使用 ADS中的稳定性
判定系数 stab_face ( s)和 stab_m eas ( s)直接对器件
3 收稿日期 : 2008 - 11 - 18;修回日期 : 2009 - 02 - 13 ·58·
第 49卷 第 4期 2008年 4月
Telecommunication Engineering
Vol. 49 No. 4 Ap r. 2009
仿真结果表明 ,放大器各性能参数满足设计指标 。
增益的线性度和带宽 ,一般选用平衡放大或负反馈 电路结构 。前者使用器件较多 ,电路复杂 ,而负反馈
·59·
第 49卷 第 4期 2008年 4月
Telecommunication Engi r. 2009
电路结构简单 ,一般是在晶体管的输入和输出端口 之间串联一个电阻和一个电容 ,除了可以得到平坦的 增益特性 ,而且可在宽频带内降低输入输出驻波比 , 降低晶体管参数的离散性对放大器特性的影响 [3 ] 。
2 低噪声放大器电路设计与仿真
2. 1 放大器主要技术指标
本文设计的低噪声放大器主要技术指标 :工作 频率 2. 7~3. 1 GHz,噪声系数 (NF)小于 0. 8 dB ,带 内增益 G > 30 dB ,带内平坦度小于 ±1 dB ,输入输 出驻波比 (VSWR )小于 1. 6 dB , 1dB 增益压缩点输 入功率 P1dB ≥ - 15 dBm。 2. 2 器件的选择和设计方案

基于ADS的微波低噪声放大器的设计与仿真

基于ADS的微波低噪声放大器的设计与仿真
s。 ,s 下 越大 ,反馈 功率就越强 ,所以 ,s 也影 响放 大
F SF 1

r 2 r L


图3低噪放大器匹配 电路
3 D 仿 真低噪声放 大器 A S
31对晶体管特性 的测试仿真 .
33 波放大器总电路设计 及总体性 能测试 . 微
~ 0~ \一 O~ 豳一 圜一 ◇~
n t o ksM ir a rnsso m p i e st or e in.A c o di O t e prn i e ofl —noie a pi e e w r . cow ve ta it ra lf ri he c e oft d sg i he c r ng t h i cpl ow s m lf r i d sg ,t c ia e ie e t opo e e i GH zsng e sa e l ei n e hn c lr qu rm n spr s d d sg ofa 5 n i l t g ow s m pi e ,t ou h e hn c la lss noie a lf r hr g t c ia nay i, i
K e w o ds y r :m ir c owa e lw —no s m plfe FH X 3 v o iea ii r; 5LG r nssor m ac i ta it ; t h ng; sm ua i i lton; A D Ssf ae o t r w
0 引言
低噪声放大器除了放大从天线接收的微弱信号, 提高 电路增益外 , 还有很重要的作用,能够改善噪声特性,提 高信噪比 ; 使天线和本振器或混频器之间相互隔离,从而
很好地避免可能 由本振器所产生的反 向传输信号对 电路形

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真(000002)

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真(000002)

基于ADS的低噪声放大器设计与仿真(000002)齐齐哈尔大学综合实践(论文)题目基于ADS的低噪声放大器设计与仿真学院通信与电子工程学院专业班级 xxxxxxxx学生姓名 xxxxxxx学生学号 xxxxxxxxxxx指导教师 xxxxx摘要:低噪声放大器,实质上就是噪声系数很低的放大器。

一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器,以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。

噪声放大器主要面向移动通信基础设施基站应用,例如收发器无线通信卡、塔顶放大器、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计。

本次课程设计的主要目的是熟练运用先进设计系统(ADS)仿真软件设计一个基于BJT的低噪声放大器,其仿真结果能够实现放大微弱信号,从而降低噪声干扰。

在接收机或各种特定的无线通信系统中,能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数,而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。

因此,低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。

关键词:低噪声放大器先进设计系统双极结型晶体管噪声系数接收机目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 低噪声放大器的应用 (1)1.3 本文课程设计实验目的及意义 (1)1.3.1 实验设计目的 (1)1.3.2 实验设计意义 (1)第二章低噪声放大器基础 (2)2.1 低噪声放大器的功能和指标 (2)2.2 软件设计仿真时注意事项 (2)第三章低噪声放大器的设计与仿真 (3)3.1 晶体管直流工作点的扫描 (3)3.1.1 建立工程 (3)3.1.2 晶体管工作点扫描 (3)3.2 晶体管的S参数扫描 (5)3.3 SP模型的仿真设计 (8)3.3.1 构建原理图 (8)3.3.2 SP模型仿真 (9)3.3.3 输入匹配设计 (10)3.4 综合指标的实现 (15)3.4.1 放大器稳定性分析 (15)3.4.2 噪声系数分析 (16)3.4.3 输入驻波比与输出驻波比 (16)第四章封装模型仿真设计 (18)4.1 直流偏置网络设计 (18)4.1.1 偏置网络计算 (18)4.1.2 偏置网络仿真 (19)4.2 封装模型的仿真 (20)4.2.1 重新建立原理图 (20)4.2.2 参数仿真 (20)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)第一章绪论1.1 概述低噪声放大器,噪声系数很低的放大器。

低噪声放大器的AD仿真与设计

低噪声放大器的AD仿真与设计

低噪声放大器的ADS仿真与设计前言无线通信系统中的小信号放大器,除了要求增益以外,另有特别需求的低噪声度NF。

低噪声放大器主要用作接收机的输入级,一般称其为前端。

这一置于前端的前置放大器噪声的大小将会主导接收系统的整体噪声度,因而必须是一个低噪声放大器。

本文介绍了通过ADS仿真采用AT-41511[1]低噪声晶体管实现低噪声放大器的设计,主要设计指标:工作频带750MHz~850MHz;增益:大于14dB;增益带内波动:小于 0.5dB;输入输出回波损耗:小于-10dB ;噪声系数:小于1.8dB ;稳定性:无条件稳定。

ADS2006A(Advanced Design System)软件是Agilent公司在HPEESOF系列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设计,是射频工程师的得力助手。

1、直流偏置电路设计晶体管放大器的偏压设计[5]都以一个电源供应配合电阻网络组成。

为获得较低的噪声系数参考AT-41511手册选定直流工作点为Q(VCE,IC) 即VCE =5.0V,IC=5mA且已知VCC =6V,取近似值根据以下公式[6]可以得到直流偏置电路电阻的阻值。

采用集电极反馈的偏置电路如图1所示。

图1 直流偏置电路设计由于实际器件参数和ADS器件库中模型参数有一定的差异,即使同一批器件由于工艺上的偏差,其单个器件参数也有所不同[6],故上述计算只能得到偏置电路的大致参数。

之后在PCB实际调试的时候,首先调整偏置电路各电阻的阻值以使晶体管偏置在所需要的的状态下。

2、稳定性设计根据AT-41511的s参数模型做稳定系数仿真可以看出,在所需要的频段内放大器是不稳定的,需要进行稳定电路[5]的设计。

增加稳定电阻和电容如图2所示,仿真可以得到如下图3所示的仿真结果,可以看出增加稳定电阻电容后在所需的频段内稳定因子K>1,放大器是无条件稳定的。

图2 增加稳定电路的仿真图图3 稳定系数仿真结果3、输入输出匹配电路设计为了获得最小的噪声系数,Γs有个最佳值Γopt[8],此时LNA达到最小噪声系数,即达到最佳噪声匹配状态。

利用ADS设计低噪声放大器

利用ADS设计低噪声放大器

2 低噪声放大器的主要技术指标
2. 1 LNA 的噪声系数和噪声温度
放大器的噪声系数 N F 可定义如公式 1:
NF
=
S in /N in S ou t /N ou t
( 1)
式中, N F 为微波部件的噪声系数; S in、N in 分别为
输入端的信号功率和噪声功率; Sou t、N ou t分别为输
噪声系数。公式 3给出简化的多级放大器噪声系
数表达式。
Nf
=
Nf1
+
Nf2 G1
1 + Nf3
-
1 +
G 1G2
,
( 3)
式中, N f 为放大器整机噪声系数; N f 1、N f2、N f3分别
为第 1、2、3级的噪声系数; G1、G2分别为第 1、2级
功率增益。
当增益 G1和 G2足够大的时候, 整机的噪声系 数接近第一级的噪声系数 [ 1, 2] 。因此多级放大器
功率增益通常是指信源和负载都是 50 8 标
准阻抗情况下实测的增益。实际测量时, 常用插
入法, 即用功率计先测信源给出的 功率 P1; 再把 放大器接到信源上, 用同一功率计测放大器输出
功率 P 2。功率增益 (G )等于 P2除以 P 1。噪声最 佳匹配情况下的增益称为相关增益。噪声最佳匹
配点并非最大增益点, 通常, 相关增益比最大增益 大概低 2~ 4 dB。功率增益的大小还会影响整机
利用 ADS设计低噪声放大器
许志兵
( 武汉理工大学 信息工程学院, 湖北 武汉 430070)
摘 要: 介绍了一种利用 AD S仿真器设计低噪声放大器的 方法。先总 体阐述 了低噪 声放大 器的主要 技术和
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利用ADS仿真设计低噪声放大器
内容摘要:本文给出了利用ADS仿真设计低噪声放大器的设计方法及步骤,同时给出了该电路的优化仿真结果及电路性能在批量生产中的合格率。

通过设计方法可以看出,利用ADS进行微波电路仿真,它不但很方便的得出最佳电路设计,同时也能对微波电路的容差特性进行了仿真分析,是微波产品设计的良好工具。

关键词:S参量仿真、噪声系数、稳定性、YIELD、Y4IELD优化仿真。

1.引言:
ADS软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便,通常对于小信号特性可以进行S参量仿真(?),可以得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性。

在电原理分析中可以利用仿真器YIELD进行电路的合格率分析,可以利用仿真器YIELD OPTIM进行电路最大合格率的优化分析,从而得到电路的最佳容差设计。

利用ADS软件进行低噪声放大器的设计我们会采用以上的工具进行电路的设计与优化,输出一个合格率较高的产品设计,为最终产品的开发成功奠定良好的基础。

2.设计目标
在无线通信领域,为了提高接收信号的灵敏度,一般在接收机的最前端放置低噪声放大器,由于低噪声放大器的噪声系数较小,而接收系统经过合理的增益分布后,噪声系数主要由低噪声放大器决定,因此,降低低噪声放大器的噪声系数,是提高接收灵敏度的一种关键手段。

本文讲述的是用PHEMT场效应管ATF34143进行电路第一级的设计方法。

对于电路的第二级以及后续电路可以采用MMIC微波单片放大器完成。

因此低噪声放大器的关键设计是电路的第一级。

我们利用ATF34143完成的第一级低噪声放大的设计目标是:
频率范围:1710MHZ~1980MHZ
增益:大于12dB
增益平坦度:每5MHZ带内小于0.2 dB
输入回波损耗:小于1.5
输出回波损耗:小于2.0
噪声系数:小于0.8dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗)
第二级对第一级呈现纯50Ω阻抗。

3.仿真设计:
a)利用小信号S参量仿真A TF34143场效应管的最佳噪声系数下的源阻抗匹配及负载
阻抗匹配条件。

首先我们根据器件特性选择最佳条件,我们选择V DS=3V ,I D=40mA 得到初始ATF34143的最佳噪声系数匹配条件,
图1 ATF34143最佳噪声匹配条件
图2 A TF34143 稳定性分析结果
b)在源极增加电感,使电路稳定性在应用频率范围大于1,然后将电感用微带线替代。

图3 ATF34143增加源极电感条件下的最佳噪声匹配
图5 ATF34143增加源极电感条件下的稳定性结果
c) 根据上面分析所得匹配条件进行LC分立元件阻抗匹配,并得到单路最佳匹配下的噪声系数、稳定性以及增益等结果。

图6 电路输入输出噪声匹配
c)增加源极反馈、电源设置,并进行S参量仿真分析,初步优化出电原理。

图8 初始电原理图
d) 增加微带传输线,进行PCB原理仿真。

由于PCB布板时传输线的长短对性能影响很大,尤其是源极反馈微带线的线宽及长度。

所以为了真实的模拟实际PCB的性能,我们必须将实际微带线值带入原理图进行仿真。

以下为PCB版图,PCB采用FR4板材,
板厚为0.8mm.传输线为1.4mm.PCB为双面印制板。

图9 双面PCB版图(底层为大面积接地)
图10PCB仿真的电原理图
在原理仿真过程中,我们设置变量:图8中的C1,C6,源极反馈线长,L2为可变变量。

每个元件的变化范围可以输入。

d)给上述原理图增加优化仿真器,设定仿真变量,并将设计目标值作为仿真目标,优
化仿真变量设计参数。

得到达到设计目标的最佳电路设计参数。

并将最佳参数输入到变量VAR中。

步骤为:
首先设定元件变量V AR(至少有一个变量),并给定初始变化范围,形式和图13相同;
我们仍然选择S参量控制器不变,进行S参量仿真;
设置优化目标,我们可以选择我们的设计目标作为优化目标,当然是对应到S参量仿真器可以分析出的结果参量中,如S参量仿真仿真所对应的S11/S12/S21/S22/nf(2)/stabfact/……见图11中的GOAL设置;
放置优化器OPTIM,在OPTIM中,通常我们可以选择优化方式Gradient/Minimax/Random等方式,根据收敛速度和误差函数公式选择,不同的优化方式选择,代表者元件变量的渐进变化方式,见图11中的OPTIM设置;
启动仿真进行初始优化,显示仿真结果见图12;
将改进的优化参量放置设计变量中,见图13最终的优化参数。

图11 优化仿真器及目标
图12 优化仿真后的S参量分析结果
图13 优化仿真后给出的最佳性能下的变量值
e)电路容差分析:
YIELD分析能够按照变量元件的离散分布分析出产品达到性能目标的合格率,通常我们能够给出我们所采用的器件的连续或离散变化特性,它们符合电子产品的分布特性正态分布、高斯分布或其他分布。

YIELD分析基于Monte Carlo方法,需要建立一定数量的随机试验。

设计变量在容差范围内变化,随机试验中符合设计目标需要的试验次数(PASS NUMBER)和失败的实验次数将会得到,从而估算出产品的试验合格率。

Monte Carlo试验方法存在置信度问题,也就是实验次数、变量容差度和置信度的关系。

在变量容差度一定的情况下,实验次数越大,置信度度越大。

给图10电仿真原理图增加YIELD仿真器及YIELD参数。

我们设置元件参量变化符合正态分布,δ=±5%,并设定设计目标为YIELD SPEC ,YIELD试验次数设置为250次。

它的仿真步骤和d)的优化设计步骤相同。

图14 合格率仿真分析控制器
图15 合格率仿真分析结果
从上面表格可以看出,优化设计给出的参数在容差变化范围内对应的产品合格率较低只有40%
为了设计出的产品既要保证合格的指标又要满足较高的合格率,我们必须进行优化合格率设计。

g) 优化合格率设计:
优化YIELE仿真分析,得到最大合格率下的最佳电路参数设置。

在优化后变量的分布变化范围之内(注意:这里变量经过优化设计后已经不是初始设计值,而是优化设计值,这时对应的产品性能最优,元件变量有一定的变化范围),优化合格率仿真器在元件变量的变化范围,寻找满足最大合格率的设计值。

我们取实验周期为50,经过仿真设计后得到最大合格率为89.2%,同时也得到最佳的电路参数。

由此可见优化YIELD仿真分析可以使合格率得到进一步提高,本设计从40%增加到89.2%。

同时得到最大合格率下的电路参数优化值,这时图18所示的最大合格率下的电路参数与图13所得的优化值稍微有些变动。

图16合格率优化控制器
图17优化后的合格数量
图18 优化YIELD仿真分析出的变量参数
h) 将最佳参数带入电路图8,即可获得在1710~1980MHZ频段ATF34143的最终匹配电路。

最大合格率优化后,电路的S参量仿真分析结果见图19,可以看出这是的性能参数不如步骤d)的性能参数好。

这也表明最佳性能设计不一定达到最大合格率产品,最大合格率设计不一定输出最佳性能的产品。

作为投入批量生产的产品,我们必须选择最大合格率设计。

图19 最大合格率设计的电路S参量分析结果
4.实验结果:
将设计参数应用到低噪声放大器的电路板中,经过测试得到以下试验结果。

由此可见设计目标值达到。

5.结论:
从以上的仿真设计分析过程中,我们首先应用了S参量仿真分析,设计出满足稳定性要求的低噪声放大器的初始电原理图;然后我们对PCB设计进行电原理仿真,这样建模才能真实的仿真分析产品性能,我们采取了优化仿真器仿真出最佳性能设计参数;接着采用合格率仿真器分析最佳性能参数下产品的合格率;为了使产品最终达到高性能、高合格率,我们采用了优化合格率分析设计,得出最大合格率设计参数。

这样整个设计才完整的完成了。

经过试验验证,仿真设计后的产品调试量较低,产品一次设计成功,在批量生产中有较好的一次直通率。

由此看出这种设计方法值得广泛推广。

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