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1、华北电力大学本科生毕业设计（论文）大学本科生毕业设计论文基于 ADS 宽频低噪声放大器的设计摘要选用噪声较小、增益较高且工作电流较低的放大管 ATF55143，利用两种负反馈和宽带匹配技术，结合 ADS 软件的辅助设计，研制出宽带低噪声放大器。该放大器成本较低，体积较小，可应用于各种微波通讯领域。介绍了射频宽带放大器的设计原理及流程。设计实现的射频宽带低噪声放大器，采用分立器件和微带线匹配，选用 Agilent 公司生产的低噪声增强赝配高电子迁移率晶体管 ATF55143，用 ADS 软件进行设计、仿真和优化。由于设计频带覆盖了多个通信常用频点。因此决定此低噪声放大器的应用会十分广泛。最后利用
2、 Protel99 软件对电路进行了版图设计，并在 FR4 基板上实现了该设计，给出了设计结果。为了降低接收前端的噪声，设计并制作一种超宽带低噪声放大器。基于负反馈技术和宽带匹配技术，利用 Avago ATF-54143 PHEMT 晶体管设计了放大器电路。运用ADS2009 对重要指标进行仿真及优化。实测结果表明，在 0.12.0 GHz 范围内，其增益大于 36 dB，平坦度小于3 dB，噪声系数小于 1.2 dB，工作电流小于 60 mA，驻波比小于 1.8。该放大器性能良好，满足工程应用要求，可用于通信系统的接收机前端。关键宇：低噪声放大器；噪声系数；匹配；电子技术；超宽带；微波通讯；
3、超宽带；负反馈。华北电力大学本科生毕业设计（论文）Design of wideband low noise amplifier based on ADS software simulationAbstractA new ultra-broad band low noise amplifier (LNA) was developed to use ATF55143 amplifier tube which has low noise、high gain and low operating current, based on two negative feedbacks and wideband
4、impedance matching technologies and ADS software subsidiary design. This LNA can be widely used in microwave communication areas.Design philosophy of the RF wide-band low noise amplifier is presentedThe fabricated low noise amplifier is cascaded with both of detached devices and micro-strip matching
5、 networkThis design uses the chip of Agilent PHEMT ATF-551M4andis simulated with Agilent ADS software This LNA is fabricated on the FR4 with PCB drawn by Protel99seThe final test data is also providedTo reduce the noise of receiving front-ends，the design and fabrication of an ultra-wide band Low Noi
6、se Amplifier(LNA)，were presented based on negative feedback and wide band matching technologies. The amplifier tube ATF-54143 made by Avago was chosen for this design，whose key indexes were simulated and optimized by using ADS2009. The test results indicate that the LNA shows the gain above 36 dB, f
7、latness below 3 dB, operating current below 60 mA and noise figure less than 1.2 dB, with low cost and small volume. The good performance of this amplifier satisfies the requirement of engineering application，and it can be applied to the receiver front-end of communication systems.Keywords：low noise
8、 amplifier；noise figure；match；electron technology; ultra-broad band; microwave communication；ultra-wide band； negative feedback.华北电力大学本科生毕业设计（论文）目录摘要第一章 前言 (1)1.1 低噪声放大器的简介 (1)1.2 低噪声放大器的发展现状 (1)1.3 本课题的研究方法及主要工作 （2）1.4 ADS 软件的介绍 （2）1.5 小结 （3）第二章 晶体管 ATF55143 小信号模型的提取 （4）2.1 小信号模型的意义和作用 （4）2.2 ATF55
9、143 的静态工作点 （4）2.2.2 直流分析 DC Tracing （5）2.3 偏置电路的设计 （9）2.4 小信号模型的提取 （11）2.4.1 小信号模型的提取的案 （12）2.4.2 小信号模型提取的步骤 （15）3 低噪声放大器的设计 （23）3.1 低噪声放大器电路设计与仿真 （23）3.1.1 设计目标以及器件和偏置条件选定 （23）3.1.2 基于 ADS 宽频低噪声放大器的设计方案 （23）3.1.3 稳定性分析 （24）3.2 偏置电路以及负反馈电路的设计 （25）3.2.1 偏置电路 （25）3.2.1 负反馈电路 （26）华北电力大学本科生毕业设计（论文）3.3 阻
10、抗匹配 （29）3.3.1 微带线匹配 （29）3.3.2 分立 LC 阻抗匹配网络 （32）3.4 整体电路的仿真与分析 （36）3.5 PCB 的设计与其电路的仿真 （38）3.6小结 （38）参考文献 （41）华北电力大学本科生毕业设计（论文）- 1 -1 前言1.1 低噪声放大器简介低噪声微波放大器（LNA）已广泛应用于微波通信、GPS 接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。低噪声放大器位于射频接收系统的前端，其主要功能是将来自天线的低电压信号进行小信号放大。前级放大器的噪声系数对整个微波系统的噪声影响最大，它的增
11、益将决定对后级电路的噪声抑制程度，它的线性度将对整个系统的线性度和共模噪声抑制比产生重要影响。对低噪声放大器的基本要求是：噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定性好、足够的带宽和大的动态范围。 Advanced Design System(ADS)软件是 Agilent 公司在 HP EESOF 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化设计，广泛应用于通信、航天等领域，是射频工程师的得力助手。本文着重介绍如何使用 ADS 进行低噪声放大器的仿真与优化设计。1.2 低噪声放大器的发展现状从上个世纪 60 年代中期开始，由于平面外延工艺的发展，双
12、极晶体管的工作频率跨进微波频段，平面外延晶体管的工作频率达到 1GHz 以上，出现了微波双极晶体管及其相应的放大器，而同时伴随着场效应晶体管（FET）理论的提出，包括金属绝缘栅半导体FET (如 MOSFET) 、结型场效应晶体管(JFET) 、金属半导体场效应管(MESFET) 和近代的异质结场效应管(Hetero-FET) ,如 HEMT 等随之出现。近几年来，随着材料生长技术（比如分子束外延和分子化学蒸发沉积）和新型器件结构可靠性的提高，开始从更高的输出功率和效率方面改善器件的功能。这种新的技术发展水平功率 GaAs HFET 器件拥有基于异质结化合物 AlGaAs 、GaAs InGa
13、P、 GaAs、InAlAs、InGaAs 的结构。双极结型晶体管器件被引入异质结结构制成 HBT。目前微波 HBT 的截止频率达到了 200 GHz ,因此在微波、低噪声、超高速及低功耗方面具有很大的优越性。异质结不但能够构成双极型晶体管,还可以构成场效应晶体管,即异质结场效应管(HFET) 。这种器件提供高栅漏和栅源击穿电压，门偏压降低到夹断电压接近恒量的跨导，适度高的最大沟道电流能够得到高效率的器件推动高电子迁移率晶体管（HEMT）的问世，其低噪声性能比场效应管更优越并大量投入商用。3在 C 波段其噪声温度可达 25K 左右，广泛应用于卫星接收。目前国外8 mm 以下的 HEMT 己商品
14、化，在极低噪声的许多应用领域已取代 GaAs MESFET，而且在微波/毫米波功率应用中也越来越引人注目。由于 HFET 在工艺制造过程中要精确控制薄层结构、陡峭的掺杂梯度以及采用更难加工的半导体材料,制造一个 HEMT 要比 GaAs MESFET华北电力大学本科生毕业设计（论文）- 2 -的花费昂贵得多,随着技术的进步和科技的发展,人们对高性能低成本的 HEMT 需求更大。很多公司为了满足这一需求,除了在技术方面投资以外,逐渐开始在提高 HEMT 性价比上增加投入。值得注意的是，国外单片集成(MMIC)微波器件发展很快，这是一种在几平方毫米砷化镓基片上集成的微波放大器，其体积小、噪声系数一般增益高。1996 年，TRW 公司
