利用ADS设计低噪声放大器

端口驻波比

低噪声放大器的输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的,其结果会偏离驻波比最佳的共扼匹配状态。此外,由于微波场效应晶体管或双极性晶体管,其增益特性大体上都是按每倍频程以6dB规律随频率升高而下降。为了获得工作频带内平坦增益特性,在输入匹配电路和输出匹配电路都是无耗电抗性电路情况下,只能采用低频段失配的方法来压低增益,以保持带内增益平坦。因此,端口驻波比必然是随着频率降低而升高。

稳定性

当放大器的输入和输出端的反射系数的模都小于1 (即| Г₁ | < 1, | Г₂ | < 1)时,不论源阻抗和负载阻抗如何,网络都是稳定的,称为绝对稳定;反之,则称为相对稳定。对条件稳定的放大器,其负载阻抗和源阻抗不能任意选择,而是有一定的范围,否则放大器不能稳定工作 。定义如公式(5) 、(6) 、(7) :

放大器在Г_S 输入平面上绝对稳定的充分必要条件定义为公式(8) :

放大器在ГL 输入平面上绝对稳定的充分必要条件定义为公式(9) :

晶体管选择

采用了NEC的2SC5507 (NE661M04) ,它具有频率高、噪声低和低温性能好等优点。2SC5507 的Datasheet提供了宽频段的S 参数,ADS设置中也选用S 参数模型,因此用S 参数模型比较精确。选好器件以后可以先利用S参数来判断它的稳定性。由VDS = 2 V, ID = 5 mA, f = 2.0 GHz时的S 参数可得直流不是绝对稳定,需要进行稳定性设计。

ADS仿真

基本原理

为了使晶体管工作在放大区,需确定静态直流工作点。由2SC5507 的Datasheet可以得到:VDS = 2 V, ID = 5 mA。基本仿真原理图的各个元件放置如图1所示。

K₁ : K = stab_fact ( S) , stab_fact ( S)函数返回Rolette稳定因子。K > 1时电路绝对稳定,此时稳定量B₁ > 1。

M₁ :M_u = M_u ( S ) ,M_u ( S )函数返回负载的几何导出因子。M_u > 1时电路绝对稳定。B₁ : B₁ =stab_meas ( S) , stab _meas ( S) 函数返回稳定量。由仿真结果可见2. 0 GHz以上频率的Mu 没有满足都大于1,在未增加输出稳定性电路前,晶体管输出是不稳定的,因此需要对其进行稳定性设计,增加输出稳定性电路。