实验六 射频放大器的设计.doc

实验六 射频放大器的设计、仿真和测试 实验目的 1、了解描述射频放大器的主要性能参数及类型 2、掌握放大器偏置电路设计方法 3、了解最小噪声、最大增益放大器的基本设计方法 4、掌握放大器输入、输出网络的基本结构类型 5、掌握用ADS进行放大器仿真的方法与步骤 二、实验原理 常用的微波晶体管放大器有低噪声放大器、宽带放大器和功率放大器。目的是提高信号的功率和幅度。低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，减小噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。功率放大器一般在系统的输出级，为天线提供辐射信号。 微波低噪声放大器的主要技术指标有:噪声系数与噪声温度、功率增益、增益平坦度、工作频带、动态范围、输入输出端口驻波和反射损耗、稳定性、1dB压缩点。 二端口网络的功率与功率增益及主要指标 信号源的资用功率 实际功率增益 转换功率增益 资用功率增益 输入、输出稳定性圆(条件稳定)： |Гin|=1 或 |Гout|=1在Smith 圆图上的轨迹 输出稳定性圆 判别该输出稳定性区域？稳定圆不包含匹配点 ， |S11|1时： |Гin|1，稳定，匹配点在稳定区 |S11|1时： |Гin|1，不稳定，匹配点在不稳定区 输入稳定性圆（条件稳定） 最大增益放大器设计（共轭匹配） 源和负载与晶体管之间达到共轭匹配时，可实现最大增益。 ① 单向情况： ②无条件稳定 ③最大变换功率增益也称匹配增益 ④1 条件稳定 源与负载不能同时共轭匹配 4.低噪声放大器设计－放大器的噪声系数圆 源导纳为Ys=Gs+Bs时，其噪声系数为： Fmin:为最小噪声系数；Yopt=Gopt+Bopt:最佳源导纳，Rn:为等效噪声电阻。通过调节Ys可达到最小噪声系数 对于给定的噪声系数（噪声参量N）。则可定义等噪声系数圆 噪声系数F→等噪声系数圆 圆心在原点与Гopt的连线上 Fmin是个点，其坐标为Гopt 半径越大，噪声越大 圆心位于沿 幅角的直线上 最大增益（gS=1，gL=1）半径为零，圆心变为 0dB增益圆总是通过Smith圆图的中心 根据总增益的值确定gS和gL，得到输入输出 节的等增益圆，在等增益圆上选择ΓS 和ΓL 权衡反射系数、噪声系数和稳定性 6. 宽带晶体管放大器设计 增加带宽的常用方法： ①补偿匹配网络 —— 输入输出网络复杂 ②电阻性匹配网络 —— 增益降低、噪声变大 ③负反馈 —— 增益和噪声均恶化 ④平衡放大器 —— 直流供电功率翻倍 ⑤分布放大器 —— 电路庞大，增益较低 基本原理：利用90度混合网络消除来自两个放大器的输入、输出反射信号； 匹配网络 并联导纳或串联阻抗的匹配网络 λ/4阻抗变换器的匹配网络 偏置电路 I、用ATF-34143设计2.4GHz低噪声放大器。 晶体管直流工作点分析 ①建新工程→建立新设计 ②查询需要的晶体管。点击 ，打开元件库 ③根据Datasheet设置相关参数、连线、仿真 ④仿真，得到直流工作点 晶体管偏置电路设计 ①新建一设计 在【Transistor Bias】元件库中找到相应的MOS管，在【Sources-Freq Design】 库中找到电源V_DC，连接并设置参数 ②执行命令【DesignGuide】→【Amplifer】→【Tools】→【Transistor Bias Utility】→【OK】，在弹出的窗口中选择【Resistive Networks】→【Bias Point Selection】 选择最优偏置点：重新设置偏置参数 在【Resistive Networks】中将Vdss改为3，Id改为20，点【Design】 ③在原理图中执行 生成偏置电路，执行 退出 3、稳定性分析查看稳定系数曲线 ①新建一设计，加入sp模型的晶体管②建立如下原理图插入稳定系数控件、最大增益控件→仿真 ③K1，解决办法：在源级加小电感抑制负反馈 调整后，增益、稳定性都变好了 ④替换理想扼流电感和隔直电容；增加旁路电容 输入网络设计 ①加入噪声系数的仿真 双击 ②点击 中的 ，放置输入阻抗测试控件→仿真 ③在输出窗口观察输入阻抗Zin1 在查看Zin1时，格式选择imag，real。 ④在数据窗口点击 添加下面内容 ⑤在数据窗口点击 ， ⑥选择 元件库，建立原理图： ⑦【DesignGuide】→【Passi