应用ADS软件设计低噪声放大器
摘 要：简单介绍了应用ADS软件设计一种低噪声放大器的过程，给出了仿真结果。 Abstract：Introduce the design process of a kind of low noise amplifier with ADS software,
and give out the simulative result.
关键词：ADS 低噪声放大器 噪声系数 三阶交截点 Key words: ADS LNA NF IP3
ADS（Agilent Design System）是安捷伦公司的一个高级的电路设计软件，它可以完成微波射频的设计、优化以及DSP的设计，是实际工作中倍受推崇的微波射频设计软件，当然其它如MWOFFICE、GENESYS、ANSOFT等也是常用的微波射频设计仿真软件。
一、设计方案要求
为保证低噪声放大器的技术指标，首先要根据频率以及增益的要求来选择好低噪声放大管，在此以Agilent的Phemt管ATF-54143为例来介绍设计过程，该器件在通讯频段具有低的噪声系数(Nf)以及较高三阶交截点(IP3)，而ATF-54143在f=900MHz，Vds=3V Ids=60mA时关键指标是：
Nf =0.3 dB Ga=23.4 dB OIP3=35.3 dBm P1dB=18.4 dBm
通常低噪声放大器中只用一级低噪声放大管并不能保证系统增益的要求，一般在其后还要其它放大管来提高低噪声放大器的增益和输出功率1dB压缩点（P1dB），因此必须考虑后几级放大管对整个放大器噪声系数的影响。
此外，一般要求通讯系统中低噪声放大器的输入输出驻波比小于1.5，而较低的噪声系数将造成输入驻波不能满足要求。要保证输入驻波指标，可采用双平衡放大或在低噪声放大管前加隔离器，或采取牺牲一点噪声系数做低噪声放大管的匹配电路。由于采用双平衡放大电路需要两个低噪声放大管，从而使电路变复杂，因此本设计采用加隔离器方案改善输入驻波，对隔离器的要求是具有很小的插入损耗（通常普通隔离器的插入损耗在此频段为0.3dB可满足要求）。
二、设计过程
针对方案要求，以下简要介绍采用单管方案进行设计和仿真的过程。 1、原理图设计
我们参考Agilent的器件资料（ATF-54143）来完成低噪声放大管的原理图设计，首先应在ADS软件中进行原理图的编辑，如图１所示。
在设计中需注意以下几点：
（1）微带线的设计：微带线在相应频率上必须等效50?，对于图中所用的PCB材料，常取微带传输线的宽度为1.9mm。
（2）元器件的取值：因为是在高频段内，我们必须考虑到每个元件，如电感、电容，并不能等效为理想器件，还应该考虑其它因数（如Ｑ值、引线、管脚等）。在这里为方便说明均使用了理想化的电感、电容及电阻。
（3）相关器件可从ADS的元件库中调出，而ATF-54143的ADS模型可从Agilent的网站上下载，不需要自己去做该元件。
（4）为了对电路进行S参数设计仿真，需给出相应的扫描频率范围S-PARAMETRS（本设计为100MHz~1500MHz）。
（5）印制板材料的参数MSUB：板厚１毫米，Er为4.3的普通PCB板。
图1
2、原理图仿真
完成电路原理图的设计后，可利用ADS软件进行电路仿真，选择菜单（Simulate）或快捷键（齿轮形状的按键）。在仿真过程中若软件没有错误报告，会自动对该电路进行仿真。
3、仿真结果输出
仿真完成后，软件会产生一个输出结果空表格。在此表格中我们插入S21（dB）和Nfmin.并在图中加上相应的标记，就可以得出相应频率的增益和噪声系数。在900MHz时的增益为20.369dB，而噪声系数为0.518，达到设计要求。
4、电路的优化设计
为了对电路进行优化，需对元器件的取值进行调整。我们对电感、电容的取值改为一个变量，在图１中我们可以看见一些元件值的后面都给出相应的优化的变化范围。另外在图１中针对放大管的增益S21的优化，加入了优化方式（OPTION）和优化目标（GOAL）的控件。
完成上述设置后，再进行仿真和结果输出，可得到较佳的元器件取值。 通过对各个元件值的调整，我们可以更加清楚的理解各个元件值的改变对低噪声放大管的增益及噪声系数的影响。
以上简单说明了如何用ADS来进行一个低噪声放大器的设计和优化过程，最后还需经过实际的制作过程来验证该仿真结果。
图2
参考文献：
1“AGILENT ATF-54143 LOW NOISE ENHANCEMENT MODE
PSEUDOMORPHIC HEMT IN A SURFACE MOUNT PLASTIC PACKAGE”DATA SHEET
2 Advance Design System
3 作者 微波集成电路 版本 出版地 出版者 出版年
4 “LOW NOISE AMPLIFIER FOR 900MHz USING THE AGILENT ATF-34143
LOW NOISE PHEMT“APPLICATION NOTE 1190
