X波段低噪声放大器设计分析

　　1. 4  两级级联的仿真设计

　　接下来将2 级级联在一起， 由于第1 级的输出端和第2 级的输入端均完美的匹配到50 , 所以级联也没有什么问题， 由图4 可以看出， 输入输出阻抗匹配方面， 在中心点7. 5 GHz 处， 均匹配良好， 驻波比在1. 086 左右。而在7~ 8 GHz 范围内， 驻波比也均小于2。

图4  输入输出反射系数和驻波比仿真结果

　　从图5 可以得到， 增益在中心频率达到26. 401 dB, 在7~ 8 GHz 范围内也均在25 dB 以上。

　　噪声系数在7. 5 GHz 为1. 007 dB, 应用频段内的噪声最大也不超过1. 1 dB。

图5  高级级联后的增益及噪声仿真结果

　　1. 5  仿真结果分析

　　通过仿真结果可以看出， 放大器的输入输出驻波比、噪声和增益等指标基本上都合格。从设计中可以了解使用ADS 来设计低噪声放大器的基本方法， 首先要做的就是偏置电路的设计， 然后用S 参数仿真来进行稳定性的判断， 若在使用频段内不稳定，还需要进行稳定性的设计。当场效应管工作稳定后就要对其进行阻抗匹配。一般低噪声放大器的第1级需要良好的噪声特性， 所以第1 级的输入端进行最佳噪声阻抗到50  源负载的匹配， 输出端进行共轭匹配。如果要考虑到第1 级的增益输出不能太低的话， 则需要画出增益圆图和噪声圆图， 然后选择合适的源阻抗值， 牺牲一部分噪声来提高增益。第2级一般为功率输出级， 需要的是最大的增益输出， 所以第2 级一般对输入输出同时向50  负载做共轭匹配， 在匹配之前， 需要算出最佳共轭匹配的ZS 和ZL 值， 这个值只有在电路稳定的情况下才唯一存在的。

　　2 级分别设计， 再级联， 由于计算机已经进行了参数优化， 通常不需调整就可达到比较满意的效果。

　　器件参数的离散性， 以及加工误差， 实际加工出来的结果有一些微小差异， 这就需要在实际调试中， 稍微调整一下分布参数， 就可达到最佳的效果。

　　2  结束语

　　该放大器利用ADS2008 优化设计和仿真， 在研制过程中， 通过优化噪声系数、增益和输入输出驻波比之间的矛盾， 由计算机调节噪声匹配及负反馈的深度， 改变放大器各指标间的相互矛盾， 使整个放大器达到最佳工作状态， 最终实现的放大器噪声低、增益高、体积小、重量轻， 作为接收机的射频前端， 已经在无人机机载和地面设备中得到应用。