利用微带传输线匹配网络设计两级低噪声放大器

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本示例展示了如何使用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)，该放大器具有输入和输出匹配网络(MNW)，以最大化通过50欧姆负载和系统提供的功率。

设计输入输出MNW是放大器设计的重要组成部分。本例中的放大器具有高增益和低噪声。为了尽量减少寄生效应，本例使用具有单个存根的微带传输线MNW。

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
损耗角介电正切- 0.0037
微带传输线物理厚度3.5 um

利用微带传输线设计输入匹配网络

输入匹配网络由一个分路存根和一个串联微带传输线组成。

创建一个物理长度为8.9毫米的输入分流存根微带传输线。

TL1 = txlinemmicrostrip (“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的输入串联微带传输线。

TL2 = txlinemmicrostrip (“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s参数数据中创建并提取一个放大器对象。

Amp1 = nport(“f551432p.s2p”）;

定义频率范围。

频率= 2e9:10e6:3e9;

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”）;%无MNW放大器电路。

在2 - 3 GHz的频率范围内绘制s参数。

S2 =参数(casamp,freq);

利用微带传输线设计输出匹配网络

输出匹配网络由一个分路根和一个串联微带传输线组成。

创建一个物理长度为22.47毫米的输出串联微带传输线。

TL3 = txlinemmicrostrip (“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);

创建一个物理长度为5.66 mm的输出分流存根微带传输线。

TL4 = txlinemmicrostrip (“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”）;

两级LNA的输入反射系数图

为了验证在放大器输入端的同时共轭匹配，绘制有和没有匹配网络的放大器电路的输入反射系数，单位为dB。

通过将输入和输出MNW添加到两级放大器来级联电路元件。

c = circuit([TL1, TL2，克隆(amp1)，克隆(amp1)，TL3, TL4]);%二级LNA与MNW

在2.4 - 2.5 GHz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。

图S3 = sparameters(c,freq);rfplot (S2, 1, 1)在；rfplot (S3, 1, 1)传说('|S11| of Two-Stage LNA Without MNW'，带MNW的两级LNA的|S11|）;标题(“两级LNA输入反射系数”）;网格在；

图中包含一个轴对象。标题为Input Reflection Coefficients of Two-Stage LNA的坐标轴对象包含2个类型为line的对象。代表无MNW的两级LNA中的|S11|，有MNW的两级LNA中的|S11|。

输入MNW的两级LNA计算的输入回波损耗约为13 dB。

两阶段LNA的输出反射系数图

为了验证放大器输出端的同时共轭匹配，绘制有和没有MNW的两级LNA的输出反射系数，单位为dB。

figure rfplot(S2,2,2) hold住在；rfplot (S3 2 2)传说(“|S22| of Without MNW”，“|S22| 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Output Reflection Coefficients of Two-Stage LNA的坐标轴对象包含2个类型为line的对象。这些节点分别代表无MNW的|S22|，有MNW的|S22|。

计算出带有输出MNW的两级LNA的输出回波损失约为11 dB。

图增益和输入反射系数级联LNA

为了验证放大器输入和输出端的同时共轭匹配，绘制带有MNW的两级LNA的输入反射系数和增益参数(以dB为单位)。

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；

$图中包含一个轴对象。标题为Gain和Input Reflection Coefficients of Cascaded LNA的坐标轴对象包含2个类型为line的对象。这些对象表示dB(S_{11})， dB(S_{21})。$

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。

计算并绘制复杂负荷和源反射系数

计算并绘制在所有无条件稳定的测量频率数据点同时共轭匹配的所有复载荷和源反射系数。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”）

计算放大器噪声图

使用一个rfbudget对象来计算放大器的噪声值。

B = rfbudget(.．.“元素”[TL1 TL2 amp1克隆(amp1) 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”）