相关专题：
WiMAX又称为802.16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因其能提供高速的数据业务以及对3G可能构成的威胁，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。
低噪声放大器是接收机的重要组成部分，它对降低接收链路的噪声系数(NF)，提高整个接收机的灵敏度起着至关重要的作用。由于它位于接收机的最前端，所以要求它具有很小的噪声系数。为了抑制后级元件对噪声系数的影响，又要求它具有合适的增益。
为了满足2.5GHZ WiMAX应用，要求该低噪声放大器在工作频段2.49～2.69GHz内能有>14dB的增益，<1dB的噪声系数。为了降低接收机成本，该低噪声放大器基于低廉的FR4板材，并采用Avago的一款E-PHEMT(增强型伪高电子迁移率晶体管)ATF-551M4设计，ATF-551M4价格较ATF-54143更为便宜，同时ATF-551M4具有更低的漏级偏置电流，能够有效降低接收机功耗。
输入匹配电路设计
为了满足系统设计要求的噪声系数，增益，同时获得好的线性度，选取该器件沟道电流(Ids)为30mA，漏极到源极电压为3V，根据ATF-551M4的datasheet3，该E-pHEMT晶体管具有如下典型值：
2.5GHz S11=0.690∠-131.0°，
3.0GHz S11=0.668∠-146.0°，
2.4GHz Fmin= 0.45 Fopt=0.33∠54°Rn/50=0.09。
3.0GHz Fmin= 0.52 Fopt=0.26∠79°Rn/50=0.09。
可以看出最佳输入匹配点S11*与最小噪声匹配点Fopt相差比较远，所以我们不可能同时获得较好的噪声系数和输入回损。实际上，由于LNA离天线比较近，为了保证天线口良好的驻波比，我们对低噪声放大器的输入回损要求比较高，因此，需将低噪声放大器的输入匹配到最佳匹配点S11*。然而，从图2的Smith园图中可以看出，如果匹配到S11*点，此时的NF只有1.25dB，没有达到设计要求。
为了改善输入回损与噪声系数的矛盾，可以通过在源级引入负反馈以改变输入阻抗。我们可以在ATF-551M4的源级增加两段等长的接地线，这两段接地线等效为两个小电感，为ATF-551M4提供负反馈。通过ADS可以对加入源级引线后S11*的变化进行仿真(图1)。设计中我们取引线的宽度为0.25mm，图2中分别是引线长度为0mm，0.6mm，1.0mm情况下的S11*位置，结果表明，在源级引入负反馈能明显的拉近S11*与Fopt的距离，改善输入回损与噪声系数的矛盾。线长为0.6mm时，就能将噪声系数提高到0.85dB以内。
图1：引线长度仿真原理图。
图2 S11*位置与Fopt
然而，负反馈的引入势必会降低增益。为了达到噪声系数要求并且不使增益降低太多，这里选取0.6mm的引线长度。此时S11*=0.371∠114.3°，下面我们利用ADS对输入进行匹配。
由于低噪声放大器的噪声系数只与输入有关，电阻匹配网络适合宽带放大，但是它们要消耗功率并增加噪声，所以一般低噪声放大器都采用近似无损耗的电抗匹配网络。电容因为具有比电感更小的等效串联电阻(ESR)，更适合于做输入匹配，对于Avago的这类晶体管，比较常见的是采用串联电容的匹配，但是在实际的电路设计中，串联电容的位置不能随便改变，因此不易于对输入匹配进行精确调试。在这里我们采用并联电容加传输线做输入匹配的结构。这样做的好处是，电路调试中，我们可以随意的改变匹配电容值及电容的位置(相当于改变传输线的长度)，以达到很好输入匹配。利用ADS中的smith chart matching工具(图3)，可以计算得出具体的输入匹配元件参数如图4所示。
图3：Smith园图输入匹配示意图。
图4 输入匹配电路
