引言

現(xiàn)代各種雷達新技術的不斷發(fā)展，人們對其性能及參數(shù) 的要求也更加的嚴格，現(xiàn)在低噪聲放大器同樣已在雷達系統(tǒng)［1］ 中得到更廣泛的應用，而且是其中必不可少的電路。低噪聲放 大器主要使用在雷達接收系統(tǒng)的前端，從而實現(xiàn)放大接受自 天線的微弱信號的功能。線性低噪放不僅被應用于雷達系統(tǒng), 還在通信、電子對抗和無線遙控的接收設備之中，射頻前端 的放大器需要具有良好的增益平坦度，較低的噪聲系數(shù)和回 波損耗，而對于寬帶的微波放大器，增益平坦度就成為一個 很嚴重的問題，所以設計出性能良好的線性低噪放對市場有 重要意義。論文采用Agilent公司的ADS軟件設計該放大器, ADS可以進行各種射頻電路的仿真和優(yōu)化。

1理論分析

當單級放大器不能夠達到設計的增益數(shù)值，就需要采取多 級電路進行設計。因此除了常規(guī)的輸入端和輸出端的匹配網(wǎng)絡, 還需精心設計級間的匹配電路。由于是寬帶低噪放，所以一方 面進行電路匹配，另一方面要考慮放大器的增益平坦度。對于 多級放大器，在加大增益的同時，噪聲系數(shù)會劇烈增大，同時 也使得其他的指標變差。兩級放大器的3階截點IPtot將變成

式中 ：IP1 ，IP2 分別為第一級、第二級 LNA 的 3 階截點 ；G2 為第二級 LNA 的增益。

2 Ku 波段線性低噪聲放大器的設計

2.1 放大器的選擇和設計

現(xiàn)在的 MMIC 技術不斷地成熟以及 GaAs 器件蓬勃發(fā)展，微波半導體器件便向著體積小，高可靠性、穩(wěn)定性進行演化。本設計選用了 Hittite Microware 公司的 HMC564LC4芯片作為放大器的第一級，這種芯片采用晶片級封裝技術 [3]，尺寸很小，在漏極電壓 3 V 電流 51 mA 的條件下，信號增益為 17 dB，噪聲系數(shù)為 1.5 dB，OIP3 為 25 dBm，輸入和輸出端采用了部分內匹配電路，簡化了系統(tǒng)設計。放大器第二級采用 Avago 公司的 AMMP-6408 芯片，在 10.8 ～ 12.7 GHz 內增益在 17 ～ 20 dB 之間，噪聲系數(shù)為 3.5 dB，OIP3 為 38 dBm。

2.2 設計指標要求

頻率范圍 10.8 ～ 12.7 GHz ；增益＞ 30 dB ；增益平坦度 ＜△ 1 dB ；噪聲系數(shù)＜ 2 dB ；S11，S22 ＜－14 dB 。

2.3 放大器的設計與仿真

2.3.1 偏置電路設計

HMC564LC45 的 Vdd1，Vdd2 均為 3.5 V。這兩款芯片的偏置電路設計如圖 1 ～圖 2 所示。

2.3.2 匹配網(wǎng)路設計

由于需要低噪聲的放大器作為第一級，因此芯片選用HMC564LC4，它的噪聲系數(shù)為 1.8 dB。第二級選用 AMMP-6408，它的增益達到 17 dB 以上，用以取得較高的增益。

2.3.3 匹配網(wǎng)路的計算機仿真

放大器具有最佳的信號源阻抗，按照此阻抗值進行匹配時，放大器的噪聲系數(shù)達到最低值，因此放大器在輸入端的匹配電路需要按照該信號源阻抗值來匹配。而如果需要提高放大器的功率增益值，較低的放大器輸出駐波比，輸出端則應該進行共扼匹配。當電路輸入端匹配實現(xiàn)噪聲最優(yōu)時，放大器的輸入阻抗和信號源阻抗一般情況下是失配的，因而此時的發(fā)布放大器放大倍數(shù)沒有達到最優(yōu)值。在設計放大器時應該在得到較好的噪聲系數(shù)的前提下增大增益值。

在設計的時候非常關鍵的是選擇合適的拓撲結構作為匹 配網(wǎng)絡，這里輸入端釆用雙枝短截線匹配，微帶線的兩個短 截線開路，可以通過調節(jié)短截線的長度達到匹配的目的。輸出 端釆用單枝短截線的拓撲結構。

匹配電路設計完成后，再利用軟件進行進一步的優(yōu)化設 計。先釆用Random方式優(yōu)化，然后使用Gradient優(yōu)化。經過反復的優(yōu)化后，在根據(jù)具體的參數(shù)手動調節(jié)匹配網(wǎng)絡， 以達到指標要求。選取的射頻介質基板的參數(shù)為：介電常數(shù) ￡「二2.65,基板厚度H=0.5 mm，Tan D=0.003。圖 3 是經過匹 配后的原理圖。

圖 4 ～圖 7 是仿真結果。

2.3.4放大器的版圖設計

仿真達到設計要求后，使用AD畫出低噪放版圖，最終的 電路板尺寸大小為55 mm*33 mm,版圖如圖8所示。

3結語

從以上仿真的結果可以看出，利用ADS軟件強大的仿真 功能[8]使設計放大器非常方便。ADS軟件中有很多只做好的 元器件庫和原理圖模型，方便開發(fā)者的設計，減少了設計時間。 利用ADS軟件能夠進行電路的不斷優(yōu)化，節(jié)省了大量的工作 量，也對實際電路的制作提供了較好的指導作用。設計的放大 器工作頻段較寬，增益平坦度在1 dB之內，噪聲在2 dB以內， 性能良好，對寬帶的微波放大器設計有較好的參考價值。

圖8版圖

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