本文介绍了一种使用ADS仿真器规划低噪声放大器的办法。先整体论述了低噪声放大器的首要技能和功能目标，然后在选用NEC的2SC5507 （NE661M04）管的基础上，依据低噪声放大器的各项目标来同步进行电路的规划、优化和ADS仿真，最终使得低噪声放大器的规划成果到达规划初期的期望值，并成功地完结了低噪声放大器的电路规划。
低噪声放大器功能目标及规划过程
低噪声放大器的功能目标
频率规模： 2. 0 ～2. 25 GHz;信号源阻抗： 50Ω;增益》 10 dB;噪声系数
规划过程
放大器级数（挑选一级） ;晶体管挑选;电路拓扑结构;电路初步规划;用Advance Design System 2005A （ADS）软件进行规划、优化、仿真模仿。
低噪声放大器的首要技能目标
LNA的噪声系数和噪声温度
放大器的噪声系数NF 可界说如公式1：
式中， NF 为微波部件的噪声系数; Sin、N in分别为输入端的信号功率和噪声功率; Sout、Nout分别为输出端的信号功率和噪声功率。一般，噪声系数用分贝数表明。此刻放大器本身发生的噪声常用等效噪声温度Te来表达。
噪声温度Te与噪声系数NF 的联系如公式（2） ：
式中， T0 为环境温度，一般取为293 K。
LNA的功率增益、相关增益与增益平整度
功率增益一般是指信源和负载都是50Ω 规范阻抗情况下实测的增益。实践丈量时，常用插入法，即用功率计先测信源给出的功率P1 ; 再把放大器接到信源上， 用同一功率计测放大器输出功率P2。功率增益（G）等于P2除以P1。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。噪声最佳匹配点并非最大增益点，一般，相关增益比最大增益大约低2～4 dB。功率增益的巨细还会影响整机噪声系数。公式3给出简化的多级放大器噪声系数表达式。
式中，Nf 为放大器整机噪声系数; Nf1、Nf2、Nf3分别为第1、2、3级的噪声系数; G1、G2分别为第1、2级功率增益。
当增益G1和G2足够大的时分，整机的噪声系数挨近榜首级的噪声系数。因而多级放大器榜首级噪声系数巨细起决定作用。增益平整度是指作业频带内功率增益的崎岖， 常用最高增益与最小增益之差，即ΔG表明。
作业频带
作业频带不但是指功率增益满意平整度要求的频带规模，并且还要在全频带内使噪声满意要求，并给出各频点的噪声系数。
动态规模
动态规模是指低噪声放大器输入信号答应的最小功率和最大功率的规模。动态规模的上限受非线性目标约束。动态规模的下限取决于噪声功能。当放大器的噪声系数Nf给守时，输入信号功率答应最小值核算如公式（4） ：
式中，Δfm 为微波体系的通频带;M 为微波体系答应的信号噪声比， 或信号辨认系数; T0 为环境温度293 K。
端口驻波比
低噪声放大器的输入匹配电路是依照噪声最佳来规划的，其成果会违背驻波比最佳的共扼匹配状况。此外，由于微波场效应晶体管或双极性晶体管，其增益特性大体上都是按每倍频程以6dB规则随频率升高而下降。为了取得作业频带内平整增益特性，在输入匹配电路和输出匹配电路都是无耗电抗性电路情况下，只能选用低频段失配的办法来压低增益，以坚持带内增益平整。因而，端口驻波比必定是跟着频率下降而升高。
安稳性
当放大器的输入和输出端的反射系数的模都小于1 （即| Г1 | 2 |
放大器在ГS 输入平面上肯定安稳的充沛必要条件界说为公式（8） ：
放大器在ГL 输入平面上肯定安稳的充沛必要条件界说为公式（9） ：
晶体管挑选
选用了NEC的2SC5507 （NE661M04） ，它具有频率高、噪声低和低温功能好等长处。2SC5507 的Datasheet供给了宽频段的S 参数，ADS设置中也选用S 参数模型，因而用S 参数模型比较准确。选好器材今后能够先使用S参数来判别它的安稳性。由VDS = 2 V， ID = 5 mA， f = 2.0 GHz时的S 参数可得直流不是肯定安稳，需求进行安稳性规划。
ADS仿真
根本原理
为了使晶体管作业在放大区，需确认静态直流作业点。由2SC5507 的Datasheet能够得到：VDS = 2 V， ID = 5 mA。根本仿真原理图的各个元件放置如图1所示。
K1 ： K = stab_fact （ S） ， stab_fact （ S）函数回来Rolette安稳因子。K 》 1时电路肯定安稳，此刻安稳量B1 》 1。
M1 ：Mu = Mu （ S ） ，Mu （ S ）函数回来负载的几许导出因子。Mu 》 1时电路肯定安稳。B1 ： B1 =stab_meas （ S） ， stab _meas （ S） 函数回来安稳量。由仿真成果可见2. 0 GHz以上频率的Mu 没有满意都大于1，在未添加输出安稳性电路前，晶体管输出是不安稳的，因而需求对其进行安稳性规划，添加输出安稳性电路。
添加输出安稳性电路
在原图的基础上并联一个RC串联电路，也能够添加LC或RL电路，详细能够和输出匹配电路一起考虑来规划。这儿R1 = 50 Ω， C1 = 2. 0pF。电路图如图2所示。
添加输出安稳性电路后仿真成果为，当晶体管频率在2 GHz～3 GHz之间Mu 》 1，由此可知体系是肯定安稳的。
最佳噪声匹配
关于LNA，假如输进口有必定的失配，反而能够调整器材内部各种噪声之间的相位联系，然后下降噪声系数。为了取得最小的噪声系数， ГS有个最佳值Гopt ，此刻LNA到达最小噪声系数，即到达最佳噪声匹配状况。其间Гopt是最佳信源反射系数（微波晶体管等效噪声参数） 。当匹配状况违背最佳时，LNA的噪声系数将增大。Гopt能够从器材的Datasheet文件中取得。SOPT为最小噪声的最优匹配系数。使用这个最优系数能够进行输入匹配电路的规划。噪声系数仿真电路如图3所示。
由匹配成果得SOPT = 0. 32 /29. 4 （起伏和视点） 。
依据噪声最小规划输入匹配电路
输入匹配电路规划如图4所示。
输入反射系数S ［1， 1 ］设置为SOPT的共轭，用来进行50Ω匹配。最佳输入匹配系数由前面得到C1 = 1. 73 pF， L1 = 5. 79 nH。匹配成果如图5所示。由图5可得： S （1， 1） = 0. 097E – 4 /4. 374。
至此，依照噪声系数最小准则规划的输入阻抗匹配完结了。
依据功率增益最大规划输出匹配电路
依据最大功率增益准则规划输出匹配电路，便是将输出端进行50Ω 匹配。考虑到输出安稳性电路的存在对输出阻抗的影响，输出匹配电路的方式有点不同。与输入阻抗匹配办法相同规划输出匹配电路。电路图如图6所示。
优化得L2 = 3. 651 nH， L4 = 4. 028 nH。匹配成果如图7所示。由图可得： S （1， 1） =2. 412E – 4 / – 38. 789。
至此，输入输出匹配电路完结。仿真成果如图8、图9所示。由此可得增益：16. 917 dB;噪声系数： 1. 649 dB。
定论
由最终的仿真成果看到增益： 16. 917 dB;噪声系数： 1. 649。其成果均契合规划初的功能目标，但作业频段较小，这也正常。这是由于在宽频带情况下难于取得极低噪音，所以低噪声放大器的作业频带一般不大宽，较多为2 GHz左右。
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