寬帶低噪聲放大器ADS仿真與設計
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2．4 輸出匹配電路
根據圖1所示，第二級二端口網絡的輸入匹配電路其實是級間匹配電路，根據功率增益最大準則設計輸出匹配電路，采用共軛匹配方式，要求此時級間電路的輸出阻抗與后級微波管輸入阻抗共軛匹配，后級微波管輸出阻抗與輸出匹配電路的輸入阻抗共軛匹配。放大器具有最大功率增益和最佳的端口駐波比性能。當信源和負載都為50 Ω時，放大器的實際功率增益為：
2．5 偏置電路設計
由于噪聲系數與晶體管的靜態工作點有密切的關系，所以必須選擇合適的偏置電路，才能讓放大器工作在最佳狀態下。該電路采用雙電源供電，所謂雙電源是指漏極正電壓和源級負電壓分別用正壓和負壓兩個電源供電。在初步的電路設計中，可以根據器件的S參數模型提供的偏置條件，用串聯分壓電阻將放大器的靜態工作點設置為VD=2 V，IDS=10 mA。饋電方式選擇λ／4高阻微帶線端接70°的扇形線，λ／4高阻微帶線以遏制交流信號對直流電源的影響，扇形線對高頻短路，又相當于電容，可以濾除電源噪聲，尤其適合寬頻帶的設計。當在低頻段時，引入衰減，把增益的尖峰消除，改善增益平坦度。在以后的調節優化過程中，可以適當改變分壓電阻，以追求更好的整機性能。
3 仿真與優化
首先要在ADS中定義介質參數，本文選用Rogers4003介質板，在進行ADS仿真時需要設置介電常數εr=3．38和介質板厚度h=0．5 mm。
其次要建立晶體管芯的模型，模型的形式有兩種，一種是SP模型：屬于小信號線性模型，模型中已經帶有了確定的直流工作點，和在一定范圍內的S參數，仿真時要注意適用范圍。該模型只能得到初步的結果，對于某些應用來說已經足夠，不能用來做大信號的仿真，或者直流饋電電路的設計，不能直接生成版圖。另一種是晶體管的SPice電路參數模型，一般由芯片公司提供，可以在ADS中安裝NEC公司提供的Design Kit，該工具包集成了NEC系列低噪聲放大器的FET，JBJT，HJ-FET，選擇FET中的NE3210S01。由于Design Kit中的元器件是已經封裝好的晶體管，其仿真的結果要比使用S參數模型的晶體管模型要可靠。很多時候，在對封裝模型進行仿真設計前，通過預先對SP模型進行仿真，可以獲得電路的大概指標。
考慮過孔寄生效應，在高頻段對電路的仿真效果影響較大，所以晶體管源級與地之間加入接地過孔。在微帶線連接處用階梯變換接頭或T型接頭進行連接，從而獲得更精確的仿真模型。在輸入和輸出的最前段，采用標準的50 Ω傳輸線與λ／4耦合微帶線相連。
上述的仿真都是在f=12 GHz單頻點內仿真得到的微帶線的大致尺寸，為了能夠使得電路在3 GHz的帶寬下依然保持優良的性能，就必須要對電路實施優化。在優化前可以先用調諧工具手動調整各元件參數，觀察哪些參數對電路的性能比較敏感，在優化時應當優先考慮調節。
常用的優化方式分為隨機優化(random)和梯度優化(gradient)，隨機法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局域收斂。優化時可設定少量的可變參數，對放大器的各個指標分步驟進行優化，先用100～200步的隨機法進行優化，后用20～30步的梯度法進行優化，一般可達最優結果。
最后再整體仿真，看是否滿足到指標要求。若優化結果達不到要求，一般需要重設參數的優化范圍、優化目標或考慮改變電路的拓撲結構，然后重新進行仿真優化。在仿真中要考慮到實際微帶線加工的精度和最小尺寸，按照加工精度，有些線條太細是不能實現的，另外追求小數點后面的多位精確也是無實際意義的。一般微帶線線寬不應該小于0．2 mm，保留小數點后2位即可(單位：mm)。
經過反復的優化仿真，最終的參數滿足了所提出的設計指標：在10～13 GHz頻帶內，噪聲系數：小于1．8 dB，增益為25．4 dB±0．3 dB，輸出駐波小于1．6，輸入駐波小于2。ADS優化后的各個參數指標如圖2、圖3所示。本文引用地址：http://www.j9360.com/article/187780.htm
4 版圖設計
利用AutoCAD將優化后的最終結果繪制成版圖，注意要在匹配微帶線加入隔離小島，以便以后的調試，可以適當地更改微帶線的尺寸，獲得更好的性能。在電路的四周大面積附銅，并留下較密集的金屬化接地過孔，增強電路的接地性能。四個角處留有螺絲孔，可以將電路板固定在金屬屏蔽盒內。最終的版圖如圖4所示。
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