接收机前端宽带低噪声放大器仿真设计
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接收机前端宽带低噪声放大器仿真设计 作者：王建峰
来源：《硅谷》2013年第03期
摘 要 设计了一个1G-1.7 GHz宽带低噪声放大器。该放大器采用两级增强型场效应管（ATF54143）级联而成，每级都用独立电源供电。应用射频电路仿真软件ADS 对输入输出匹配电路进行设计并优化，最后通过原理图-版图联合仿真（Cosimulation with layout）得到放大器的各项指标。在1G-1.7 GHz频带内，噪声系数（NF ）小于0.5 dB，带内增益大于28 dB，带内增益平坦度±1 dB以内，S11和S22都小于-15 dB。仿真结果表明，该设计完全满足性能指标要求。
关键词 低噪声放大器；ADS 仿真；噪声系数
中图分类号：TN722 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-068-02
在无线通信系统中，低噪声放大器是接收机前端的第一个单元电路，发挥着重要作用。接收机接收信号的灵敏度主要由低噪声放大器（LNA ）的噪声系数（NF ）与功率增益决定。LNA 的噪声系数显著地影响着接收机的整体性能，另外，它的功率增益能明显抑制来自后级的噪声。对整个系统的线性度而言，低噪声放大器的非线性必须尽可能的小。
1 LNA电路设计
1.1 LNA的各项指标与设计思路
LNA需要达到的指标：工作频带1G-1.7 GHz，噪声系数（NF ）小于0.5 dB，带内增益大于28 dB，带内增益平坦度±1 dB以内，S11和S22都小于-15 dB。考虑到增益和噪声系数要求较高，采用E-PHEMT 晶体管（ATF54143），安捷伦公司提供了其精确的ADS 模型，便于仿真，而且工作时不需要负的栅极电压，便于单电源供电。
1.2 偏置电路
根据增强型场效应管ATF54143的Datasheet ，在漏极电压为3 V，漏极电流为60 mA的偏置下，栅极电压为0.56 V，因而这里选用单极性的无源偏置网络，偏置电路如图1（a ）所示。
器件的栅极电压通过电阻R2和R3以分压的形式得到，分压器的电压取自漏极电压。R4为漏栅极的限压电阻。经过计算再考虑到实际的贴片电阻值，得到R2=270 Ω，R3=1200Ω，R4=33Ω。R1为10 KΩ，给栅极限流，C1、C4作为匹配网络的射频旁路电容，C2、C3分别为R1和R4提供了一个低频旁路电容，L1、L2为高频扼流电感。