![微波射频电路设计与仿真100例](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/963/679963/b_679963.jpg)
实例2:C波段低噪声放大器设计
C波段的频率范围为4~8GHz,在这个频率范围内,低噪声放大器的匹配电路应该用分布参数形式来代替集总参数形式,也就是说,要用微带线匹配电路来替代电感、电容的匹配形式。首先要选择一个工作频段内的放大器,NE3509M04是NEC公司的N沟道场效应管,具有低噪声系数的特点。用NE3509M04仿真时,选择NEC公司的器件库来仿真,这样更准确,减少建模误差。NE3509M04的主要参数如表2-1所示。
表2-1 NE3509M04的主要参数
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0019_0001.jpg?sign=1739308619-OW1yseRI37j0ptXaZ2XoLXdtlQRx3Lm5-0-aead1f442b8e089fc6a700f77df0a61d)
ELECTRICAL CHARACTERISTICS(TA=+25℃,unless otherwise specified)
在设计C波段低噪声放大器时,由于采用微带线匹配形式,在ADS 2008中仿真时需要用co-simulate来提高仿真精准度。co-simulate是原理图和PCB联合仿真方法,微带线用PCB形式,然后在原理图中调用微带线模型,添加场效应管NE3509M04后进行仿真。
(1)打开ADS 2008,首先安装nec_activelibraryv4.0的designer KIT文件,安装后,选择FET管型号为NE3509M04,然后在原理图中调用DesignGuide-Amplifier中的S参数NF、GAIN、稳定性等的频响模板进行仿真。
首先用模板仿真NE3509M04的稳定性,通过调整在NE3509M04源极加入的微带线参数使NE3509M04在5~6GHz内绝对稳定。调整微带线的参数,观察NE3509M04的稳定性,最终调整得到参数值为W=200mil,L=50mil。
然后根据最小噪声系数仿真此时NE3509M04的输入、输出阻抗,如图2-7所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0020_0001.jpg?sign=1739308619-qcUaZfA927yfCb0DNtf7ry8prUpGyV6u-0-4f93f2bb01b5f0beb34db95f1380c36f)
图2-7 NE3509M04的S参数仿真模板
单击【Simulate】按钮进行仿真,仿真结果如图2-8所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0020_0002.jpg?sign=1739308619-XSNmh1fYCeVqzB8xJzbdP32osnudin1k-0-1a2f9b9b49f4232503c1ccdca1dc8458)
图2-8 NE3509M04的S参数、K、GAIN以及最佳NF匹配阻抗仿真结果
(2)根据上面得到的最小NF时的输入、输出阻抗,建立输入、输出匹配电路,由于在5~6GHz频段内采用微带线匹配形式,所以在Passive Circuit DG-Matching中选择单枝节匹配形式,根据输入、输出阻抗计算单枝节匹配参数,计算得到匹配参数后搭建整体电路,如图2-9所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0021_0001.jpg?sign=1739308619-qlvqRzKSuxxyQtY5RE3om9sWij2Z8Kpi-0-cd9b8df60c2416219a8901d655880969)
图2-9 建立输入、输出匹配电路后的电路
单击【Simulate】按钮进行仿真,仿真结果如图2-10所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0021_0002.jpg?sign=1739308619-oAVGIVxXsErC38xT8bYu0NQG5hv8mLaS-0-3af3df97851f5113ff8471373d2c0522)
图2-10 NE3509M04低噪声放大器仿真结果
(3)上面的仿真设计为原理图中的仿真设计,下面用co-simulate方式进行精细化仿真。首先把ADS中的原理图导入layout,并在layout中添加端口并建立微带线模型,如图2-11所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0022_0001.jpg?sign=1739308619-Fq6x0shy2iuigjrviYMmB1hVzVJ4QpZJ-0-04090f95bd35fd97b05168387682d183)
图2-11 NE3509M04低噪声放大器的layout图
(4)在layout中选择Moment→component→create/update,建立联合仿真库元件,这样就生成了微带线的layout模型,可以在原理图中进行调用,如图2-12所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0022_0002.jpg?sign=1739308619-YMqKGpamAhJ2LmpDK6r3j0NzjLkTwSbZ-0-f233aedb638a0c2cd4c19fe1a3b5680c)
图2-12 生成联合仿真库模型文件
(5)返回原理图,在原理图中调用刚才在layout中所生成的库元件,并添加NE3509M04、端口和S参数控件等,生成联合仿真图,如图2-13所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0023_0001.jpg?sign=1739308619-GBEwBELvadJjRFmj9h2TedPG2CVwnupg-0-bac966a758053a8b25d6fb7e7df2ad89)
图2-13 联合仿真图
单击【Simulate】按钮进行精细化仿真,仿真结果如图2-14所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/DD96CD/3590441204660601/epubprivate/OEBPS/Images/figure_0023_0002.jpg?sign=1739308619-fVFB5amGRV2kbbWWRrYLTlC4l7kKhKxz-0-9c4d4b9cd2fe8fc3e41ea47877f7c7f9)
图2-14 联合仿真结果
经过精细化仿真,C波段低噪声放大器的NF为1.1dB,可以提供11dB的增益,并且在工作频段内工作稳定。