怎么样使用ATF54143晶体管实现微波LNA的设计

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标签:晶体管(2543)LNA(187)放大器(7659)

  本论文采用ADS2011仿真软件,使用Avago公司的ATF54143晶体管作为主要器件,设计了频率范围为2.35~2.45GHz、中心频率为2.4GHz的LNA,其性能指标为:噪声系数《1dB,增益》13dB,输入输出驻波比《2,基本上达到了预期的效果。设计过程分为四步。第一步是在明确放大器的性能指标后选择晶体管,然后进行直流偏置电路的设计。第二步是放大器的稳定性分析与设计。第三步就是放大器电路的输入和输出匹配。输入匹配电路以最小噪声系数来匹配网络,输出匹配电路以最大增益来匹配网络。第四步就是电路设计完成之后进行电路的优化和改进,以达到放大器的设计目标。最后是画原理图和采用Altium Design软件完成电路的PCB版图制作、电路调试以及实物制作。

  随着无线通信业务的不断发展,人们对无线系统的射频接收机提出了越来越高的要求,如低功耗、低噪声等。因此,处于射频接收系统最前端的LNA(LNA)对于提高系统性能起到了关键作用,其性能指标的好坏对接收机整体性能有很大的影响。 LNA主要对天线接收来的弱信号进行放大,并且要把功率电平增加到后级所需要的标准,这意味着LNA必须有低噪声特点,弱信号才不会被噪声所淹没;其次LNA还要有高增益特点,输出才能驱动后级电路,也为了抑制后面各级电路噪声对整个系统的影响。另一方面,LNA一般是通过传输线和天线相连,放大器必须与之有良好的阻抗匹配,以达到最大的传输功率和最小的噪声系数。但往往微波放大器的最大增益和最小噪声系数不能同时拥有,这需要设计者在最大增益和最小噪声系数之间权衡。本论文采用ADS2011仿真软件,使用Avago公司的ATF54143晶体管作为主要器件,设计了一款频率范围为2.35~2.45GHz、中心频率为2.4GHz的LNA,其性能指标为:噪声系数《1dB,增益》13dB,输入输出驻波比《2,并做出实物以及通过测试基本上达到了预期的效果。

  本设计采用Avago公司的高电子迁移率晶体管(PHEMT)ATF54143芯片进行LNA设计。本设计采用安捷伦(Agilent)公司开发的 ADS(Advanced Design System)2011完成设计仿真。完成该放大器设计,需要以下几个步骤:下载安装相应的元件库;直流偏置设计;稳定性分析;噪声系数分析;输入、输出匹配;参数优化。 ATF54143芯片具有高增益、高线性度以及低噪声的特性,适用于450MHz~6GHz频段无线系统的LNA电路中。ATF54143在工作频率为2.4 GHz、电压在3V、电流为40mA时,最小噪声为0.51dB,最大增益为16dB。设计一个LNA第一步是确定晶体管的静态工作点。按设计出的偏置电路添加元件并设计相应参数,得到LNA基本电路原理图,如图1所示。

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