关于PA匹配和LNA匹配的理解

时间：2022-10-13 08:30:00 晶体管rn rn2412晶体管

文章目录

前言
一、LNA匹配
- 1、控件部署
- 2.模拟结果和模拟结果
- 3、结果分析
- - S11匹配
  - Sopt匹配
  - S22匹配
二、PA匹配
- 1、取值
- 2、匹配
- - 输入匹配
  - 输出匹配
总结

前言

??在做PA设计和LNA在设计中，主要考虑匹配网络的设计，PA共轭匹配通常用于LNA匹配相对复杂，这完全取决于你使用什么阻抗来匹配。下面我们将主要解释这两种情况。
??下图是有源电路与网络方向的基本匹配。
在这里插入图片描述

图1 匹配方向图

??Zs和ZL分别是PA负载牵引和源牵引得到的值，方向指向端口方向；
??Zin和Zout可以视为S11和S22阻抗。

一、LNA匹配

??LNA有两种匹配，一种是S参数匹配，另一种是共轭匹配。下面详细介绍一下。
对于LNA输入匹配通常希望满足最小噪声匹配，但考虑到最小噪声匹配，S除非你的Ga_circle和Ns_circle几乎重叠，否则S参数一般不好，这次我们需要考虑选择什么样的匹配才能满足好的要求。
??首先，在模拟中LNA以作者设计为例，添加如下图所示的控件。

1、控件部署

图2 控件图

??Zopt返回的数据是最佳噪声，最好用圆图显示。
??Zin1返回是的S11参数，即标记端口的阻抗值，可以以圆图或数据表的形式显示。如果您想查看2端口的S参数，S11变为S若有多个zin记得更改控件Zin2或者Zin3。
Maxgain最大增益。
??GaCircle为了在这里输入增益圆，我选择看14、15、16的增益圆
??NsCircle为了输入噪声系数圆，我在初步模拟后就知道了NFmin为1.所以我选择在这里看nf(2)为1.1、1.2、1.读者也可以根据自己的设计选择圆。

2.模拟结果和模拟结果

??模拟电路和模拟结果如下图所示。

图7 GaCircle和NsCircle圆图

3、结果分析

??对于图4，我们得到中心频点S11为9.53-j3.9，Sopt为18.85-j4.66，S22为51.8-j*21.4。
??这里得到的曲线是2.2GHz-2.6GHz首先内的曲线，首先要知道匹配的方向。S11获得的阻抗方向指向晶体管，Sopt方向是指向端口，用最简单的方法来判断匹配是否为共轭，对于最简单的阶梯阻抗变换线，如下图所示，我们知道如果从左到右匹配，最终得到阻抗方向的右，如果从右到左匹配方向的左。

图8 阶梯阻抗变换线表示匹配方向

S11匹配

??若采用S11阻抗匹配，代表最大增益匹配匹配时，我们从输入端口匹配到左侧Port1.方向左，此时S11的方向是指向右边，所以它应该成为一个共轭来匹配。我们将图3中的端口1直接转换为S观察11共轭。得到以下结果。

图9 变换端口1为S11共轭

图10 匹配完后的S11

??可以看到按S当然，这是因为参考阻抗已经成为当前的阻抗，而不是50欧姆的参考阻抗。

图11 S11匹配结果

图12 匹配后的增益和噪声

??从图中可以看出，按S11匹配后，增益大大提高，噪声系数变化不大。nf(2)满足我们的最终需求，然后使用S11匹配即可。

Sopt匹配

??Sopt阻抗是最佳噪声阻抗，其方向相当于图1Zs方向，所以在以Sopt阻抗匹配时，方向一致，不需要共轭，如下图所示。

??很明显，当匹配最小噪声时，S结果很差

??在对Sopt匹配匹配之后，可以看到中心频点的NFmin和nf(2)几乎重叠，这也表明了匹配方向的正确性。
??但总的来说，输入匹配最好不要按Sopt来匹配，S11反正更好。为了折中增益和噪声系数，我们可以使用图7中显示的增益圆和噪声圆，这个值的方向是和谐Zs方向一致。

图17 噪声和增益圆

??有时S参数仍然不好。我们试图选择接近最大增益的阻抗点。如果不好，我们可以使用自动优化来优化设计。
??下面我们拿了一个值，在Smith Chart匹配时，请注意，控件中的值是获得值，ZS方向和匹配方向相同，因此不需要共轭。

图18 Smith Chart匹配示意图

S22匹配

??得到S22阻抗为51.8-j*22.同样，在匹配时，由于是向右匹配，S左方向22，所以要成为共轭匹配。在使用控件时要注意一点。如下图所示，当控件匹配时，默认情况是从ZL开始匹配，也就是从50匹配到我们S22.整体方向左，S22方向本身就是向左，但是Zs上面有一个共轭符号，所以这里要把它变成共轭值。共轭的共轭是S22本身的值。

图19 S22匹配控件图

构建模拟图，得到下面匹配结构和结果。

图20 S22匹配结构和结果图

至此我们LNA的匹配已经基本讲述明白。