基于ADS 的低噪声放大器的设计
一. 设计指标
工作频率： 2.4GHz 噪声系数NF
增益Gain>15
二．设计步骤
1. 器件选择
从A TF54143的datasheet 中可以看到，它在2GHz 时的增益是15~18.5dB，噪声在0.5dB 。，满足指标，因此选用该管子作为该设计的低噪声放大管子。
板材选择：型号RO4350B ，相对介电常数3.66，板厚0.762mm ，铜厚0.035mm ，介质损耗0.0037
2. 直流扫描确定静态工作点。
结合datasheet ，大致设置好VDS 和VGS 的扫描电压范围。VDS ：0~5V，VGS ：0~1V。
从datasheet 中可以看到，为了获得较小的噪声和较大的增益，可以将VDS 选在3V 附近，IDS 选在20mA 附近。此时最大增益>16dB，最小噪声系数约为0.42。
从输出特性曲线可以看到VDS=3V，IDS=20mA时，VGS 约为0.45V ，且曲线变化比较均匀，故选择静态工作点位：VDS=3V，IDS=20mA。 2. 偏置电路设计
添加偏置电路自动设计控件，得到分压式偏置电路：
3. 稳定性分析
在偏置电路的基础上添加隔直电容、高频扼流圈、S 参数扫描控件、稳定性判别控件，进行S 参数扫描，仿真出稳定系数曲线。
电路在频率点附近K
1．再输入或者输出电路加纯电阻，使输入输出总电阻为正数。
2. 加入负反馈，减小S12形成的正反馈，降低输入和输出的电压反射系数。 此处选用加入源极电感负反馈改善高稳定性，避免了直接加电阻使噪声系数恶化。负反馈电感不宜取得太大，太大会减小放大系数。通过反复调谐，获得电感Ls 为0.3nH 。此时的增益和稳定性如下图：
将理想的扼流圈和耦合电容换成实际的电感电容进行仿真：
将源极的小电感换成0.5mm 宽的短路微带线，其长度约为0.5mm 。
4. 实际器件仿真
将上面电路中的理想的电感、电容替换成实际的电感、电容。这里选用日本村田公司的电感电容库。电路图如下：
仿真结果：
5. 输入匹配电路设计
为了获得最小噪声，输入端的匹配点选噪声最小时的输入电阻。添加等噪声圆和等增益圆，找到最小噪声时的输入阻抗。
以最小噪声时的输入阻抗27.068+j12.574为匹配点设计匹配电路。
匹配后的等噪声圆：
将隔直电容移到输入端后，最小噪声点偏离圆心，通过调谐输入匹配电路使最小噪声点恢复到圆心附近。
仿真结果：
S 参数为：
6. 输出匹配电路设计
添加输入阻抗控件，测得输出端的输出阻抗。
freq
2.400 GHz
Zin2
54.361 - j25.099
用
smith 圆进行阻抗匹配：
匹配后电路图：
将隔直电容移到输出端后，输出阻抗有偏移，通过细微改变匹配微带线的长度将输出阻抗调谐到50欧姆附近，调谐后得到的S 参数：
通过观察S21发现增益并不是我们想要的形式。只希望S21在2.4GHz 附近有较大值而在其他频率量上没有增益。为了达到这一要求可以在输出端加一中心频率在2.4GHz 的带通滤波器。具体设计如下：
带通滤波器设计：
Term Term2
Num=2
Z=50 OhmFs2=3.8 GHzAp=3 dBAs=20 dBN=3
ResponseType=Maximally FlatMinLorC=Minimum CapacitanceRg=50 OhmRl=50 Ohm
MaxRealizations=25
滤波器参数设定：
自主生成滤波电路：
L
C
L1
C1
L=7.608727 nH
C=594.484091 fF
L
C
L3
C3
L=18.369092 nH
C=246.243373 fF
将电容电感等分立器件转换成微带线：
MSub
MSUB
MSub1
H=0.762 mm
E r=3.66
Mur=1
Cond=1.0E+50Hu=1.0e+033 mm T=0.035 mmTanD=0.0037Rough=0 mm
W=0.484 mmL=39.012 mm
W=9.577 mmW=0.484 mm L=34.343 mmL=39.012 mm
将带通滤波电路加到低噪声放大器的输出端：
仿真结果为：
通过Linecalc 将电长度转换成物理长度: 电长度 （单位：degrees ） TL3 15.63 TL4 35.87 TL5 33.98 TL6 93.21
物理长度 mm 3.22 7.4 7.01 19.23
最终电路图：
仿真结果：
N F m i n n f (2)
freq, GHz
三. 结论
在输入回波损耗要求不高的情况下可得到最小噪声系数。加入输出滤波电路后增益在2.4GHz 附近大于15dB ，而在其它频率处增益呈减小趋势，达到了带通滤波的目的。
基于ADS 的低噪声放大器的设计
一. 设计指标
工作频率： 2.4GHz 噪声系数NF
增益Gain>15
二．设计步骤
1. 器件选择
从A TF54143的datasheet 中可以看到，它在2GHz 时的增益是15~18.5dB，噪声在0.5dB 。，满足指标，因此选用该管子作为该设计的低噪声放大管子。
板材选择：型号RO4350B ，相对介电常数3.66，板厚0.762mm ，铜厚0.035mm ，介质损耗0.0037
2. 直流扫描确定静态工作点。
结合datasheet ，大致设置好VDS 和VGS 的扫描电压范围。VDS ：0~5V，VGS ：0~1V。
从datasheet 中可以看到，为了获得较小的噪声和较大的增益，可以将VDS 选在3V 附近，IDS 选在20mA 附近。此时最大增益>16dB，最小噪声系数约为0.42。
从输出特性曲线可以看到VDS=3V，IDS=20mA时，VGS 约为0.45V ，且曲线变化比较均匀，故选择静态工作点位：VDS=3V，IDS=20mA。 2. 偏置电路设计
添加偏置电路自动设计控件，得到分压式偏置电路：
3. 稳定性分析
在偏置电路的基础上添加隔直电容、高频扼流圈、S 参数扫描控件、稳定性判别控件，进行S 参数扫描，仿真出稳定系数曲线。
电路在频率点附近K
1．再输入或者输出电路加纯电阻，使输入输出总电阻为正数。
2. 加入负反馈，减小S12形成的正反馈，降低输入和输出的电压反射系数。 此处选用加入源极电感负反馈改善高稳定性，避免了直接加电阻使噪声系数恶化。负反馈电感不宜取得太大，太大会减小放大系数。通过反复调谐，获得电感Ls 为0.3nH 。此时的增益和稳定性如下图：
将理想的扼流圈和耦合电容换成实际的电感电容进行仿真：
将源极的小电感换成0.5mm 宽的短路微带线，其长度约为0.5mm 。
4. 实际器件仿真
将上面电路中的理想的电感、电容替换成实际的电感、电容。这里选用日本村田公司的电感电容库。电路图如下：
仿真结果：
5. 输入匹配电路设计
为了获得最小噪声，输入端的匹配点选噪声最小时的输入电阻。添加等噪声圆和等增益圆，找到最小噪声时的输入阻抗。
以最小噪声时的输入阻抗27.068+j12.574为匹配点设计匹配电路。
匹配后的等噪声圆：
将隔直电容移到输入端后，最小噪声点偏离圆心，通过调谐输入匹配电路使最小噪声点恢复到圆心附近。
仿真结果：
S 参数为：
6. 输出匹配电路设计
添加输入阻抗控件，测得输出端的输出阻抗。
freq
2.400 GHz
Zin2
54.361 - j25.099
用
smith 圆进行阻抗匹配：
匹配后电路图：
将隔直电容移到输出端后，输出阻抗有偏移，通过细微改变匹配微带线的长度将输出阻抗调谐到50欧姆附近，调谐后得到的S 参数：
通过观察S21发现增益并不是我们想要的形式。只希望S21在2.4GHz 附近有较大值而在其他频率量上没有增益。为了达到这一要求可以在输出端加一中心频率在2.4GHz 的带通滤波器。具体设计如下：
带通滤波器设计：
Term Term2
Num=2
Z=50 OhmFs2=3.8 GHzAp=3 dBAs=20 dBN=3
ResponseType=Maximally FlatMinLorC=Minimum CapacitanceRg=50 OhmRl=50 Ohm
MaxRealizations=25
滤波器参数设定：
自主生成滤波电路：
L
C
L1
C1
L=7.608727 nH
C=594.484091 fF
L
C
L3
C3
L=18.369092 nH
C=246.243373 fF
将电容电感等分立器件转换成微带线：
MSub
MSUB
MSub1
H=0.762 mm
E r=3.66
Mur=1
Cond=1.0E+50Hu=1.0e+033 mm T=0.035 mmTanD=0.0037Rough=0 mm
W=0.484 mmL=39.012 mm
W=9.577 mmW=0.484 mm L=34.343 mmL=39.012 mm
将带通滤波电路加到低噪声放大器的输出端：
仿真结果为：
通过Linecalc 将电长度转换成物理长度: 电长度 （单位：degrees ） TL3 15.63 TL4 35.87 TL5 33.98 TL6 93.21
物理长度 mm 3.22 7.4 7.01 19.23
最终电路图：
仿真结果：
N F m i n n f (2)
freq, GHz
三. 结论
在输入回波损耗要求不高的情况下可得到最小噪声系数。加入输出滤波电路后增益在2.4GHz 附近大于15dB ，而在其它频率处增益呈减小趋势，达到了带通滤波的目的。