低噪放与平衡混频器设计

低噪放、平衡混频器设计

姓名：万宵鹏

一、LNA仿真设计

（一）设计要求：

用AVAGO公司的ATF-33143场效应管仿真设计低噪放。

指标：

1．f:1805MHz-1880MHz

2.NF≤0.9dB

3.G≥30dB

4.VSWR(in)≤2

5.VSWR(out)≤1.5

给出设计分析过程、仿真结果、结果分析。

（二）LNA设计过程

1．直流偏置

设计采用Rs=0的共源极结构。从晶体管参数文件中可以看出在

Vds=4V,Ids=80mA时增益较大，

噪声系数在设计范围之内。此

时，根据参数文件，Vgs=-0.5V,

故采用双电源供电，得到如图所

示直流偏置电路。

C C1

V_DC SRC1

2．射频设计

1）对设置了直流偏置的管子进行S 参数扫描

freq, GHz

d B (S (2,1))

Forward Transmission, dB

freq, GHz

n f (2)

2）匹配网络设计

测量输出阻抗如图，在中心频率1.840GHz 处， 输出阻抗 Zout 为18.576+j4.722。

应用史密斯圆图对输入端按照最小噪声匹配。 对输出进行共轭匹配。如图：

freq 1.700 GHz 1.710 GHz 1.720 GHz 1.730 GHz 1.740 GHz 1.750 GHz 1.760 GHz 1.770 GHz 1.780 GHz 1.790 GHz 1.800 GHz 1.810 GHz 1.820 GHz 1.830 GHz 1.840 GHz 1.850 GHz 1.860 GHz 1.870GHz

Zin118.785 + j3.325 18.768 + j3.427 18.751 + j3.528 18.735 + j3.629 18.719 + j3.730 18.703 + j3.830 18.688 + j3.931 18.673 + j4.031 18.658 + j4.130 18.643 + j4.230 18.629 + j4.329 18.616 + j4.427 18.602 + j4.526 18.589 + j4.624 18.576 + j4.722 18.563 + j4.820 18.551 + j4.918 18.539+j5.015

输入匹配网络

输出匹配网络

得到如下图所示电路

仿真并运用调谐工具对输入匹配网络调谐，得到结果如图

显然增益未达到设计要求，通过计算或者查看管子的技术手册可以看到最大转换功率增益为19dB左右，因此必须采用两级放大结构。

得到如图所示电路：

3）电路参数测量

从图中可以看出，在通频带内：

1.NF≤0.9dB

2.G≥30dB

3.VSWR(in)≤2

4.VSWR(out)≤1.5

达到设计要求。

二、平衡混频器设计

（一）设计要求：

用HSCH 5512混频二极管设计平衡混频器（90°，180°）

指标：

1．f rf:9.5GHz-9.6GHz, f LO自选

2.f if为100MHz

3.L≤8dB

4.本振信号隔离度≥18dB

5.输入驻波比≤1.5

给出设计分析过程、仿真结果、结果分析。

（二）混频器设计过程

输入信号中心频率为9.55GHz，中频输出100MHz，选取本振频率为9.45GHz

1．低通滤波器设计

用ads自动设计工具，自动生成低通滤波器如图：

2.二极管输入匹配网络设计

如图，调节输入信号源功率，在二极管自偏电流达到2mA时，测得输入阻抗。

根据输入阻抗，使用史密斯圆图工具，自动生成匹配网络。

将设计好的匹配网络插入电路，测试s参数

测得反射系数很不理想，且不随自偏电流变化，分析认为，ads的s

参数测试无法反应二极管自偏电流引起的阻抗变化。因此，s参数测量，及其与之相关的驻波比测量都是有误的。

3.分支耦合器的设计

使用自动生成工具进行设计，如图

4.最终电路

连接电路，进行性能测试（s参数测试） 最终电路图：

本振功率10dbm, 输入信号-10dbm, 输出中频信号-38.559dbm L=38.559-10=28.559dbm≤38dbm（8db）达到设计要求。

本振端得到的射频输入信号为-51.276dbm。

隔离度=51.276-10=41.276dbm＜48dbm（18db）不符合设计要求。

显然，匹配网络匹配效果不是很好。通过调节本振功率可以改变二极管输入阻抗，从而调节匹配程度，但变频损耗同时增大，因此需折中。经测试，本振功率为7.5dbm时，两项指标均达到。

L=46.32-10=36.32dbm＜38dbm（8db）

隔离度=60.149-10=50.149dbm＞48dbm（18db）

由于ads的s参数测量不随二极管自偏电流的变化而变化，因此无法测得真实vwsr。