本文分析了一个小型(6 mm 15 mm)两极、低噪声、无限稳定的放大器设计，用于802.11a、hiperlan2 和hiswana接收机应用。在5.5 ghz时，放大器具有22.2 db增益、1.4 db噪声系数、线性输出功率(p-1db) +11.5 dbm、三阶输出截距点(oip3) +28 dbm，频率覆盖目前北美、欧洲和日本无线局域网络规定使用的5 ghz 频谱部分。

北美802.11a: 5.15-5.35 ghz和5.725-5.825 ghz (u-nii 波段)；

欧洲 hiperlan2: 5.15 - 5.35和5.470 - 5.725 ghz；

日本 hiswana: 5.15-5.25 ghz。

这个放大器的两极均使用atf-551m4低噪声增强型赝配hemt (e-phemt)。该器件以无引线表面安装塑料封装形式提供，尺寸为1.4mm 1.2 mm 0.7mm，使用400 m栅宽，在2 10 ghz频率范围内，具有低噪声系数和高截距点。

除了具有非常低的噪声系数（典型值是0.5 db）之外，在2 ghz 、2.7v偏置下，漏流为10 ma时， atf-551m4可以提供+24.1 dbm的三阶输出截距点(oip3)。由于e-phemt在单个稳压电源、有源偏置下工作，适用于大批量生产的放大器的设计，仅需要增加一个pnp双极结型晶体管。与使用耗尽型器件的放大器相比，e-phemt设计具有更少的元件数目，因此外形更紧凑。

可以从以下网址下载有关atf-551m4的数据表：

http://literature.agilent.com/litweb/pdf/5988-9006en.pdf

低噪声e-phemt放大器设计

为满足噪声系数和增益的要求，漏源电流(ids)选为15 ma。从数据表可以看出，这个值可以提供很好的ip3和很低的最小噪声系数(fmin)。从数据表还可以看到，2.7 v的漏源电压(vds)可以使增益稍微有所提高，并可以很容易地使用3.3 v稳压电源。

使用安捷伦公司的eesof高级设计系统软件(ads)，可以在线性和非线性工作模式下对放大器电路进行模拟。线性分析时，可以使用touchstone格式的两端口s参数文件，对晶体管进行建模。可以从安捷伦无线设计中心网站(http://www.agilent.com/view/rf)下载atf551m4.s2p文件。除了增益、噪声系数、输入和输出回波损耗信息以外，模拟过程也对电路的稳定性进行研究。通过计算机模拟，可以很容易地计算出rollett稳定系数(k)并画出稳定性圆。

ads额定优化（也称作性能优化）工具被用来进行放大器辅助设计。这个工具可以用来修改一组参数值，以满足预定的性能目标。这是通过比较计算的和需要的响应，并修改设计参数值，使计算的响应更接近目标性能而实现的。额定优化可以在ads的模拟器中找到，使用任何分析类型如ac、dc、s参数、谐波平衡、电路包络和瞬态仿真，进行模拟/rf系统仿真。对4.9 - 6.0 ghz带宽内的增益、噪声系数和回波损耗、带外增益、以及0.1 - 18 ghz内的无限稳定性，设立目标值。一个额定优化的例子，称为optex1_prj，可以在ads帮助库的第二章调整、优化和统计设计部分获得。

在6 ghz下使用优化工具，必须具有电阻、电感和电容的精确等效电路模型。模型必须包括封装寄生电感、电阻和电容；使用优化工具，允许元件值在很小的范围内改变，并与测量数据准确关联。图1给出了无源元件模型和ads优化工具拓扑。需要注意的是，每个生产商的无源元件的寄生特性略有不同。

图2给出的演示板，主要为5 6 ghz应用而开发。为硬度起见，这个板是三层结构。信号层是最上面的一层是0.010英寸厚的fr4，介电常数是4.2，第二层和第三层仅是为了增加硬度。板使用小型eia0402 (.04 x .02 英寸/ 1.0 x 1.5 mm, 额定值)形状因数的表面安装元件。使用微带线代替0402电感，可以降低电路损耗，但会使版图增大。用蓝色标出了电路实际需要的6 mm x15 mm区域。

阻抗匹配网络

图3给出了两级放大器的示意图。放大器使用一个带通网络进行输入匹配，一个高通网络进行输出匹配。通过高通网络进行级间匹配。

输入网络是最佳噪声系数和合理输入回波损耗之间的折衷，包括串连电容c1、并联电感l1和并联电容c12。请注意，使用如图所示的演示板布局时，在l1之前的安装垫必须使用铜片进行过渡：使用安装垫的目的是获得低通阻抗匹配网络拓扑。

输出高通网络包括一个串连电容c3和一个并联电感l4。带通网络提供额外的低频增益抑制，具有如下几个目的：首先，增强的低频信号抑制会降低lna对较强低频信号发射的易感性，较强的低频发射会使lna饱和，对带内性能有不利影响。其次，因为低频增益峰值通常与k值降低有关，低频增益抑制也改进了lna的稳定性。

由于l1也被用来输入栅压，在额定工作频率下，电感必须由c4适当地旁路掉，这可以增强低频稳定性。如果c4的值太大，l1和c4的串联谐振频率常常会产生低频增益振荡，使用r1和c5很难稳定下来。使用ads的优化功能，可以选择l1、c4和r1的值，使低频稳定性最佳。c5是10 nf，用来提高输出三阶截距，并在优化过程中保持稳定。

输出高通网络包括一个串连电容c3和一个并联电感l4。由于l4用来给q2施加漏压，它被c10. r8旁路，c11提供了一个低频电阻终端。

输入网络的主要目的是提供低