GSM900低噪声放大器设计.doc
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GSM900低噪声放大器设计.doc
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电子科技大学UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina
微波电路与系统仿真实验报告
一、实验名称:
GSM900频段低噪声放大器仿真
二、实验技术指标:
1.频段:
909-915MHz
2.增益:
≥17dB
3.噪声系数:
<0.7dB
4.输入反射系数:
优于-20dB
5.输出反射系数:
优于-15dB
6.芯片选择:
ATF-54143或VMMK-1218
三、报告日期:
2015年12月14日
四、报告页数:
共7页
五、报告内容:
1.电路原理图(原理图应标明变量名称的含义,可用文字表述或画图说明)
如下图所示,a为低噪声放大器的原理框图,包括晶体管以及输出输入匹配,在图中未画出部分还有晶体管的偏置电路。
对于低噪声放大器设计与最大功率传输的放大器设计不同,最大功率传输放大器的设计必须满足双共轭匹配,而这样噪声的功率也会很大,所以为了获得最小噪声系数,应选择最佳信源反射系数Гopt。
此时放大器的输入匹配网络的任务是使管子端口满足如下图b中所示的要求。
(a)微波晶体管放大器原理图(b)最佳噪声匹配
放大器的设计步骤为:
1、选管;题目指标给出了放大器设计可选择的管子,所以本次设计选择了ATF-54143,查阅ATF-54143晶体管的模型参数,由于ATF-54143晶体管在ADS2011中没有模型,所以本文是查找网络资源下载的ATF-54143的模型文件导入到设计中的,ATF-54143模型如下图所示,左图为晶体管封装模型,右图为内部电路。
2、确定工
作电流和工作电压;查阅ATF-54143介绍资料确定Vds和Ids的值,如下图所示,可以看出工作频率为900MHz时的晶体管在不同电压电流下的增益、噪声系数、P1dB、三阶截断功率的值,根据这些值选择Vds=4V,Ids=60mA,此时的Vgg=0.58V。
设置电压电流,建立晶体管的直流偏置电路。
ATF-54143晶体管参数
以上都是设计的前部分,为准备工作。
确定好偏置电压与电流之后就是进入设计电路的环节了。
2.电路图(利用ADS创建的电路图,可用屏幕截图)
首先,建立分压电流,如图所示。
通常在电源处需要添加几个分立电容来对电源进行去耦,一般增加3个或者2个,包括一个大电容和一个小电容,比如1uF,10nF,10pF。
为了使得电路稳定系数更好,我们在晶体管的源端加一个反馈电感,调整电感值时K(稳定系数)小于1。
晶体管直流分压电路
接下来设计匹配电路,匹配电路的设计采用Smith圆图设计匹配网络,如下图所示,做输入端口网络匹配。
获得输入匹配网络,输出匹配网络与输入方法一样,做相同的工作之后然后获得整个电路如下图a所示。
而此时输出端与输入端的匹配阻抗都接近50ohm。
3.仿真结果(可用图形或数据显示)
仿真结果如图所示,放大器的增益大于17dB基本符合设计要求,噪声系数与最低噪声系数接近,为0.2dB左右,稳定系数小于1,但是可以看出设计中的端口反射系数未达到设计要求,指标中S11>20dB,S22>15dB的要求还没有达到,所以还需要进一步优化。
4.布局图
5.优化方法和优化目标(可用屏幕截图)
将输入输出匹配网络电感与电容设置为Tune,如图所示,调节参数查看输出曲线。
如布局图所示为最后优化电路。
由于时间原因仿真未达到最优化结果,报告中只是简单的优化结果。
在设计优化中由于有很小的电感电容,所以用集总元件可能很难达到完美效果,所以考虑利用分布元件仿真(报告中未做设计)。
6.优化之后的电路图和仿真结果
六、仿真结果分析
从仿真结果看,设计的大部分指标基本完成,但是输出端口的反射指标未达到要求,还需进一步优化,由于时间的原因未来得及采用分布参数优化设计。
因为分布参数元件有些太小值元件无法获得,所以用分布参数电路优化应该能达到更好水平。
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- GSM900 低噪声放大器 设计
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