基于微带传输线匹配网络的两级低噪声放大器设计

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这个例子展示了如何使用RF Toolbox™微带传输线元件为无线局域网(WLAN)设计两级低噪声放大器(LNA)，具有输入和输出匹配网络(MNW)，以最大限度地通过50欧姆负载和系统提供功率。

设计输入输出MNW是放大器设计的重要组成部分。本例中的放大器增益高，噪声低。为了尽量减少寄生效应，本例使用微带传输线MNW带单个存根。

定义微带传输线参数

微带传输线参数的选择如下:

导体或介质厚度的物理高度- 1.524 mm
介质的相对介电常数- 3.48
介电损耗角正切- 0.0037
微带传输线物理厚度- 3.5 um

采用微带传输线设计输入匹配网络

输入匹配网络由一个分流短节和一个串联微带传输线组成。

创建物理长度为8.9 mm的输入分路短段微带传输线。

TL1 = txlineMicrostrip (“宽度”, 3.41730 e - 3,“高度”, 1.524 e - 3,“EpsilonR”, 3.48,“LossTangent”, 0.0037,．．．“LineLength”, 8.9 e - 3,“厚度”, 0.0035 e - 3,“StubMode”，“分流”，“终止”，“开放”）;

创建物理长度为14.7 mm的输入系列微带传输线。

TL2 = txlineMicrostrip (“宽度”, 3.41730 e - 3,“高度”, 1.524 e - 3,“EpsilonR”, 3.48,“LossTangent”, 0.0037,．．．“LineLength”, 14.7 e - 3,“厚度”0.0035 e - 3);

创建和提取放大器对象

从指定文件中可用的频率相关的s参数数据中创建并提取放大器对象。

amp1 = nport (“f551432p.s2p”）;

定义频率范围。

频率= 2 e9:10e6:3e9;

创建一个两级放大器并绘制其s参数。

casamp =电路(amp1,克隆(amp1),“放大器”）;%放大器电路无MNW。

在2 - 3 GHz的频率范围内绘制s -参数。

S2 = sparameters (casamp、频率);

微带传输线输出匹配网络的设计

输出匹配网络由一条分流短线和一条串联微带传输线组成。

创建物理长度为22.47 mm的输出系列微带传输线。

TL3 = txlineMicrostrip (“宽度”, 3.41730 e - 3,“高度”, 1.524 e - 3,“EpsilonR”, 3.48,“LossTangent”, 0.0037,．．．“LineLength”, 22.47 e - 3,“厚度”0.0035 e - 3);

创建物理长度为5.66 mm的输出分流短段微带传输线。

TL4 = txlineMicrostrip(中“宽度”, 3.41730 e - 3,“高度”, 1.524 e - 3,“EpsilonR”, 3.48,“LossTangent”, 0.0037,．．．“LineLength”, 5.66 e - 3,“厚度”, 0.0035 e - 3,“StubMode”，“分流”，“终止”，“开放”）;

绘制两级LNA的输入反射系数

为了验证放大器输入端的同时共轭匹配，在有和没有匹配网络的情况下，绘制放大器电路的输入反射系数(以dB为单位)。

通过将输入和输出MNW加到两级放大器中来级联电路元件。

c = circuit([TL1, TL2,clone(amp1)，clone(amp1)，TL3, TL4]);%两级LNA与MNW

在2.4 - 2.5 GHz的频率范围内，绘制s参数并分析有和没有匹配网络的放大器。

figure S3 =参数(c,freq);rfplot (S2, 1, 1)在；rfplot (S3, 1, 1)传说('无MNW两级LNA的|S11| '，'|S11|的两级LNA与MNW'）;标题(“两级LNA的输入反射系数”）;网格在；

图中包含一个轴对象。标题为“两级LNA输入反射系数”的轴对象包含2个类型为line的对象。这些对象分别表示两级LNA中不含MNW的|S11|和两级LNA中含MNW的|S11|。

两级LNA在输入MNW时的输入回波损耗约为13 dB。

绘制两级LNA的输出反射系数

为了验证放大器输出的同时共轭匹配，绘制有MNW和没有MNW的两级LNA输出反射系数的dB图。

图rfplot (S2, 2 2)在；rfplot (S3 2 2)传说('|S22| of Without MNW'，'|S22| of With MNW'）;标题(“两级LNA输出反射系数”）;网格在；

图中包含一个轴对象。标题为“两级LNA输出反射系数”的轴对象包含2个类型为line的对象。这些对象表示无MNW的|S22|，有MNW的|S22|。

计算得到的两级LNA输出MNW的输出回波损耗约为11 dB。

绘制级联LNA的增益和输入反射系数

为了验证放大器输入和输出的同时共轭匹配，绘制两级LNA与MNW的输入反射系数和增益参数的dB。

图;rfplot (S3, 1, 1)在；rfplot (S3、2、1)标题(级联LNA的增益和输入反射系数）;网格在；

$图中包含一个轴对象。以级联LNA增益和输入反射系数为标题的轴对象包含2个线型对象。这些对象代表dB(S_{11})， dB(S_{21})。$

计算得到的放大器增益S21为34.5 dB，输入反射系数S11约为13 dB。

计算和绘制复杂负载和源反射系数

计算并绘制在所有被测频率数据点无条件稳定的同时共轭匹配的所有复杂负载和源反射系数。这些反射系数是在放大器接口处测量的。

图smithplot (S3, 1, 1,“LegendLabels”，“测量S11”）

计算放大器噪声系数

使用一个rfbudget对象，以计算放大器的噪声数字。

b = rfbudget (．．．“元素”，[TL1 TL2 am1 clone(am1) TL3 TL4]，．．．“InputFrequency”2.45 e9,．．．“AvailableInputPower”，0，．．．“SignalBandwidth”2 e9．．．“规划求解”，“弗瑞”，．．．“自动更新”1);rfplot (b,“NF”）