实验 3 低噪声放大器设计与仿真实验目的：1. 了解微波低噪声放大器的技术指标和设计方法；2. 掌握使用 ADS 软件进行微波有源电路的设计、仿真与优化。实验内容：3.1 低噪声放大器的基础知识3.2 晶体管直流工作点扫描3.3 晶体管S参数扫描3.4 SP模型的仿真设计3.1 低噪声放大器的基础知识1. 低噪声放大器的作用放大微弱信号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。2. 低噪声放大器的主要技术指标噪声系数放大器增益增益平坦度稳定系数输入输出驻波比通频带、中心频率输出功率噪声系数定义：放大器输入信号与输出信号信噪比的比值口r.放大器双尸一页凡_恰入 &外贝皿晨/ A晨刈斗输入信号功率和输入噪声功率.输出信号功率和输出噪声功率.物理含义二信号通过放大器后，信噪比变坏的倍数。单位：NF（dB）=lO（NF）放大器增益定义：放大器输出功率与输入功率的比值。提高低噪声放大器的增益对降低接收机的噪声系数是非常有利的, 但是低噪声放大器的增益过高会影响到整个接收机的动态范围。因此，一般来说，低噪声放大器的增益应与系统的整机噪声系数、接收机的动态范围等结合起来考虑。增益平坦度带内起伏;AG dB) 起伏斜率：dB/MHz输入输出驻波比物理含义;表征输入输出回路的匹配情况口3. 低噪声放大器的设计方法选择合适的晶体管，下载并安装晶体管的库文件 进行直流分析，确定直流工作点。偏置电路设计。稳定性分析。噪声系数圆和输入匹配设计。最大增益的输出匹配设计。匹配网络的实现。版图的设计。原理图和版图的联合仿真。选择合适的放大管双极性晶体管BJT 场效应管Ga As FET高迁移率晶体管HEMT. PHEMT 7具有极低的NT例：2GHz NF=0.5dB稳定性分析根据管子寥数计算稳定系数K,判断其是否工作在稳定区.设计输入输出匹配电路输入端按最小噪声系数设计为获得最小噪声系数，应选择最佳信号源反射系数。输出端按共辑匹配设计4 .软件仿真注意事项?仿真时模型的选择1晶体管? sp模型：属于小信号线性模型，模型中已经带有了确定的直 流工作点，和在一定范围内的 S参数，仿真时要注意适用范围。Sp模型只能得到初步的结果，对于某些应用来说已经足够，不 能用来做大信号的仿真，或者直流馈电电路的设计，不能直接生 成版图。? 大信号模型：可以用来仿真大、小信号，需要自行选择直流工作点， 仿真时要加入馈电电路和电源。 带有封装的大信号模型可以用来生成版图。? 仿真时模型的选择2集总参数元件：电容、电阻、电感? 在进行电路优化时，可直接选用参数连续变化的模型? 在系统设计最后，需要把这些优化过的元件替换为器件库中系列中的元件才是可以制作电路、生成版图的。替换时选择与优化结果相近的数值，替换后要重新仿真一次，检验电路性能是否因此出现恶化。5 . 低噪声放大器的设计指标设计指标： 频率：1.82.2 GHz； 噪声系数： 10 dB ； 增益平坦度： 0.5 dB / 5MHz （ 带内 ） ； 输入驻波比： 2.0； 输出驻波比： ftp1 Sil J SS31202加 J*p-AT4U 11.1995012 5J -Sc*rDescnptK)niATd 5 L1; iOT143 Rackace J- -term ：na: kATJ1511: SOT-143 AT PacX*ge 中飞 11中J。-MT 1 交 1 _ 1 19921201 Bjl: Vee ： ?.7V I： 2mASfr_htJjCT-4151U_l?g；12Dl Bft Ut=2.7V k 士 5mAspji 凡 AT Y1311 1992工2口2 sp_hp_AT151 l_a_1992120I 5p_hp_AT 15U_5_LW21201 用山口 一杆也1乳1旦19921201 牛小AT 41八1了,19921201 华Ji p_AT-15H _8.121201 sp_hp_AT1511.1CU9920.sp.hp.AT-ilSl l_ll_lM50r /由。盘TT1 in_l_LS9WI2 5即二 Vc:e=2.7Vk=3SmA Bjt Vte=SV k=?fn以 B/rVce=5Vk5nABjL Cc=15mABjl 旧 k=LOrvA B;l: Wt = av tc=?5mA B/：Vte=SV |(=l(JmA 阱 叱=断氏=25即A B;l; Yce2 7Yh：-2mA按下图接入BJT元件0连线单击按扭 0 ,按Emc键终止当 前操作.EUIGWYT TracrrPARAMETER SWEEPSwcrpl :5*H wnteNini| 1 卜 TJC11SdE ntt&nccNanwp =Sirri mtdinccNa me| 3 KSrrrtl r&Eance NameH 1Wec 朽 k亳代史 HEf6 :SunSQ uA 名吟100以Sip=10 114则8|DC1SwsepVira*VCEpSia ri 0 Stop=S 50前1,一7厂.一drs#-cmp ffljT curw Bracer* 按Simulate键 叵,开始仿真，这时会弹出一个窗口,该窗口会显示仿真或者优化的过程信息.如果出现错误，里面会给出出错信息，应该注意查看. 仿真结束，弹出结果窗口，如下图口BJTDC Collector Current vs Cel lector-Emitte r VottageUttwiA B JT_c uSchn4iic Mnpia修WitfH 嗝 tin pnt in#MM 的 miristr ml, M-affl mirtfif to ugl+直藐工作点扫描曲线“DHca Pcw*C iaa-Q直流工作点和功耗J COODOiS注意:关闭的时候要保存为适宜的名字，图中的Marker可用鼠标施动，因果用的是ADS的设计模板，故数据显示都已经设置好了 TS情况 r.数据的显示需要人为自行设置”直流工作点扫描注意事项实际上,模板中预设的扫描参数通常兀需要的并不一致，需要在D-i即窗口的原理图上通过参数扫描控件进行修改。参数扫描控件按钮画很重要，在很多情况下会经常用到.另外，一般参数的修改，既可以通过双击一个目标（元 器件、控件等）来进行，也可以在设计窗口中激活显示 参数来实现。高级设置的修改只能通过双击目标实现.A在本例中.可以适当调整扫描参数.然后仿真，在结果曲线上选择合适的直流工作点，获得相应的直流偏置电压（或电流）值。口偏置电路的设计创建新的原理,可命名为“bjt_bias”.ruttu s在原理图设计窗口中选择偏置工具栏TrBi”此时，窗口左侧的工具栏变为右图所示.在工具栏中点击选择空JTBimL,并在右侧的绘图区放置.一*一一室上一室f 一一室*DAjtBJTBia$_ r)aDA BJTBIatlptr4P _4T41511制5口 125-7 v；DC+J_ SRC1-=-Vdc=5.0V偏置电路原理图 执行菜单命令【Desi即Guide】f Amplifier弹出放大器向导对话柢，选择对晶体管的直流