1.9GHz基站前端射频LNA仿真与实现研究
噪声系数、输入回波损耗和增益都加以兼顾考虑的方案，电容C2、C4保证带内的稳定性，低频端电阻R3、R4作为阻性终端以保证低频时系统的稳定性。输出高通匹配网络由C4和L3组成，分路电感L3的作用与L2相同，作为pHEMT管偏置载入电感，在漏极偏置。
1．2．2源端接地电感处理
提高LNA的性能常通过控制源端电感LL1和LL2的大小实现，其量值一般只有十分之几纳亨。LL1和LL2实际上只是非常短的传输线，它们位于每个源端与地之间，作为电路的串联负反馈，其反馈量对于带内带外的电路增益、平稳性和输入输出回波损耗有着巨大的作用，在实际电路源端电感要做适量的调节。放大器PCB板的设计考虑到源端的电感量是变化的。当每个源端与微带相连时，沿着微带线的任何一点都可以连接到地端，要得到最低的电感值，只需在距元件源端最近的点上将源端焊盘与地端相连，并只有非常短的一段蚀刻。放大器的每一段源端蚀刻与相应的地端相连的长度大约有0．05英寸(是从源端边缘与其最近的第一个地过孔边缘间测得)，剩余并末使用的源端蚀刻可切断除去。通常，过大的源极电感量值所带来的边缘效应表现为超高频端的增益值出现峰化及整体的合成振荡。为避免这种情况，在初始LNA的设计原型阶段，尽量准确地确定源端电感的量值，并且仿真中也要调节源端电感量的大小，找出最优值优化LNA性能。
1．3线性和非线性仿真分析
放大电路原理图如图3所示。模拟分析要以每个元件的模型来载人仿真软件ads。ATF-54143的模块化文件是一个双端口s参数且为Touchstone格式的文件，ads模拟软件中sparams_wNoise模板可以实现模拟控制。在系统稳定性前提下，当电路元件载入到模拟电路中时，电路越详尽则模拟结果就越精确，越精确的模拟结果为实际的放大器电路的布局提供更为精确的数据。传输线模型的实现可以用元件库中得到的各种微带线实现，并且片电容和片电阻的关联电感也都载人到模拟电路中，这时全部微带部分都可设置为厚度为0.31英寸、型号为FR-4的材料板上。
混合耦合器2A1306-3的模型是基于四端口的Touchstone线性s参数文件。它与微带线部分、电路平衡放大器的输入输出部分及负载阻抗构建起放大器的完整模块结构。运行模拟软件，就要给出系统的仿真结果宜，以表明所需结构的性能。模拟得到的NF、增益(G)、输入输出回波损耗结果如图4、图5、图6所示。这些图表示了LNA在工作频率范围的性能。
对于非线性模拟，常以谐波平衡模拟(HB)来实现。非线性模拟方法HB计算速度快，能够处理分布元件和分立元件的电路，并很容易与更高阶谐波及互调元件相容。ATF-54143管的PldB和OIP3模拟非线性模型是基于W．R．Curtice模型，这个模型可以非常近似地模拟直流和小信号工作状态(包括噪声)，对于截点的模拟则做出模拟预测结果比实际值要偏低。P1dB和OIP3的值如麦2所示：当平衡LINA放大器的OIP3模拟结果为32．1dBm时，P1dB则为20．8dBm，P1dB的模拟结果与实乐的测量结果很接近，而OIP3的模拟结果则偏低，实际均测量结果达到37dBm。
表2P1dB和输出三阶截点非线性模拟值
E-Phemt偏置情况P1dB三阶截点3V，40mA18dBm30dBm3V,60mA20.8dBm32.1dBm3V,80mA20.5dBm32.4dBm
1．4LNA的稳定性分析
除了能够得出增益、NF、P1dB和输入输出回波等重要参数外，软件模拟还能够得出关于电路设计稳定性的信息。它是电路能否正常工作的重要前提。模拟软件计算Rollet稳定性因子K和作稳定性圆是两种很容易做到的方法，它们可以明确地表示出稳定性的数据。图7示出的Rollett稳定因子K的模拟值．(K>1)表明：在1．9~2；．0GHz工作带宽范围，电路能够实现无条件稳定。
1．5实际设计的PCB电路
根据上述的设计及仿真结果，依照图3所示的放大电路原理图，可以进行最后的实际布局。要使电路工作在1．92GHz~1．98GHz频率范围内满足规范值，PCB板的布局设计应可以变化调节，即可加入或减掉某些元件，使输入输出阻抗匹配网络可以调节匹配达到最佳，优化电路性能。考虑到实际应用的广泛性(同时也考虑设计中的其他因素的影响)，PCB板的蚀刻选择在0．031英寸厚的FR-4材料上(正常条件下其Er值是5．6)，LNA的射频布局主要准则是电路必须保证平衡的结构，且放大器的每条支路的路径长度必须相等。如果长度不相同，结果则会影响信号的相位求和，并且输出功率和IP3都要比预期值要低。为做到这点，下路的ATF-54143逆时针旋转了90°，这样很容易把上下RF微带通路复制出来，从而做到两路完全相同、实现平衡。
《1.9GHz基站前端射频LNA仿真与实现研究(第2页)》
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1．2．2源端接地电感处理
提高LNA的性能常通过控制源端电感LL1和LL2的大小实现，其量值一般只有十分之几纳亨。LL1和LL2实际上只是非常短的传输线，它们位于每个源端与地之间，作为电路的串联负反馈，其反馈量对于带内带外的电路增益、平稳性和输入输出回波损耗有着巨大的作用，在实际电路源端电感要做适量的调节。放大器PCB板的设计考虑到源端的电感量是变化的。当每个源端与微带相连时，沿着微带线的任何一点都可以连接到地端，要得到最低的电感值，只需在距元件源端最近的点上将源端焊盘与地端相连，并只有非常短的一段蚀刻。放大器的每一段源端蚀刻与相应的地端相连的长度大约有0．05英寸(是从源端边缘与其最近的第一个地过孔边缘间测得)，剩余并末使用的源端蚀刻可切断除去。通常，过大的源极电感量值所带来的边缘效应表现为超高频端的增益值出现峰化及整体的合成振荡。为避免这种情况，在初始LNA的设计原型阶段，尽量准确地确定源端电感的量值，并且仿真中也要调节源端电感量的大小，找出最优值优化LNA性能。
1．3线性和非线性仿真分析
放大电路原理图如图3所示。模拟分析要以每个元件的模型来载人仿真软件ads。ATF-54143的模块化文件是一个双端口s参数且为Touchstone格式的文件，ads模拟软件中sparams_wNoise模板可以实现模拟控制。在系统稳定性前提下，当电路元件载入到模拟电路中时，电路越详尽则模拟结果就越精确，越精确的模拟结果为实际的放大器电路的布局提供更为精确的数据。传输线模型的实现可以用元件库中得到的各种微带线实现，并且片电容和片电阻的关联电感也都载人到模拟电路中，这时全部微带部分都可设置为厚度为0.31英寸、型号为FR-4的材料板上。
混合耦合器2A1306-3的模型是基于四端口的Touchstone线性s参数文件。它与微带线部分、电路平衡放大器的输入输出部分及负载阻抗构建起放大器的完整模块结构。运行模拟软件，就要给出系统的仿真结果宜，以表明所需结构的性能。模拟得到的NF、增益(G)、输入输出回波损耗结果如图4、图5、图6所示。这些图表示了LNA在工作频率范围的性能。
对于非线性模拟，常以谐波平衡模拟(HB)来实现。非线性模拟方法HB计算速度快，能够处理分布元件和分立元件的电路，并很容易与更高阶谐波及互调元件相容。ATF-54143管的PldB和OIP3模拟非线性模型是基于W．R．Curtice模型，这个模型可以非常近似地模拟直流和小信号工作状态(包括噪声)，对于截点的模拟则做出模拟预测结果比实际值要偏低。P1dB和OIP3的值如麦2所示：当平衡LINA放大器的OIP3模拟结果为32．1dBm时，P1dB则为20．8dBm，P1dB的模拟结果与实乐的测量结果很接近，而OIP3的模拟结果则偏低，实际均测量结果达到37dBm。
表2P1dB和输出三阶截点非线性模拟值
E-Phemt偏置情况P1dB三阶截点3V，40mA18dBm30dBm3V,60mA20.8dBm32.1dBm3V,80mA20.5dBm32.4dBm
1．4LNA的稳定性分析
除了能够得出增益、NF、P1dB和输入输出回波等重要参数外，软件模拟还能够得出关于电路设计稳定性的信息。它是电路能否正常工作的重要前提。模拟软件计算Rollet稳定性因子K和作稳定性圆是两种很容易做到的方法，它们可以明确地表示出稳定性的数据。图7示出的Rollett稳定因子K的模拟值．(K>1)表明：在1．9~2；．0GHz工作带宽范围，电路能够实现无条件稳定。
1．5实际设计的PCB电路
根据上述的设计及仿真结果，依照图3所示的放大电路原理图，可以进行最后的实际布局。要使电路工作在1．92GHz~1．98GHz频率范围内满足规范值，PCB板的布局设计应可以变化调节，即可加入或减掉某些元件，使输入输出阻抗匹配网络可以调节匹配达到最佳，优化电路性能。考虑到实际应用的广泛性(同时也考虑设计中的其他因素的影响)，PCB板的蚀刻选择在0．031英寸厚的FR-4材料上(正常条件下其Er值是5．6)，LNA的射频布局主要准则是电路必须保证平衡的结构，且放大器的每条支路的路径长度必须相等。如果长度不相同，结果则会影响信号的相位求和，并且输出功率和IP3都要比预期值要低。为做到这点，下路的ATF-54143逆时针旋转了90°，这样很容易把上下RF微带通路复制出来，从而做到两路完全相同、实现平衡。
《1.9GHz基站前端射频LNA仿真与实现研究(第2页)》
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