低噪声放大器设计

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1、低噪声放大器的设计本实验是学习《微波固态电路》第三章“微波晶体管放大器”后，对理论知识的简单实践。借助Agilent公司的ADS软件，利用微带线设计出一个满足一定设计指标的低噪声放大器。为完成实验，软件的学习参考冯新宇编写的《ADS2009射频电路与仿真》和Agilent公司发布的ADS指导手册；电路模型和相关参数设置参考喻梦霞老师《微波固态电路》一书附录II；器件是在同学的指导下进行的选择。仿照低噪放的一般设计过程，搭建电路原理图及参数设置，向指标逐步靠近。最后行了优化仿真，并生成版图。虽然只是在带宽和噪声系数方面作了要求

2、，但是通过设置优化目标，其隔离度、输入输出端电压驻波比在较宽的频带内均有较好的特性。此次设计满足了指标要求，结构简易。基片材料及晶体管：晶体管：场效应管，型号sp_hp_ATF-10735_2_19921201。介质基片：HErMurCondHuTTandRough0.8mm4.315.88E+71.0E+33mm0.03mm1E-40mm1、低噪放简介：低噪声放大器(low-noiseamplifier,简称LNA)是射频接收机前端的主要部件，低噪声放大器应该有的特点：第一，因为它位于接受机的最前端，这就要求它的噪声越小越

3、好；为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大；放大器在工作频段内应该是稳定的。第二，它所接收的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必须是一个小信号线性放大器；而且由于传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接收信号的同时又可伴随许多强干扰信号混入，因此要求放大器有足够大的线性范围；而且增益最好是可调节的。第三，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们有很好的匹配，以达到功率最大的传输或最小噪声系数，并能保证滤波器的性

4、能。第四，应有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰，因此它一般是频率放大器。由于晶体管有两种描述方法，一是物理等效电路模型，二是用网络参数来表示的网络模型，在射频段用最适合的参数——S参数来表征。本报告是根据老师提出来的设计指标用S参数来完成设计。2、设计要求：中心频率f0带宽fBW噪声NF增益G=5GHz=0.5GHz<3dB>20dB自己选择合适的管子和基片材料，给出详细的设计过程，并提供备注电路和加工版图3、设计参量：1)噪声系数NF放大器的噪声系数NF衡量信号通过放大器前后信噪比下降的倍数就是噪声系数，定义为输入端

5、信噪比与输出端信噪比的比值。SN/ininNFSN/outout对单级放大器：2

6、

7、soptNFNF4Rminn22(1

8、

9、)1

10、sopt其中为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的、和分别为获得时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、以及晶体管输入端的源反射系数。对多级放大器：NF=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/G1G2+……其中NFn为第n级放大器的噪声系数，Gn为第n级放大器的增益。2)放大器增益G：微波放大器功率增益有多种定义，比如资用增益、实际增益、共扼增益、单向化增益等

11、。对于实际的低噪声放大器，功率增益通常是指信源和负载都是50Ω标准阻抗情况下实测的增益。ZLLZs输入输出vs匹配a1a2~匹配RS网络晶体管[s]b2RLb1网络’sS’’11soutLS22in换功率增益GS：放大器负载吸收的功率PL与信源可用功率之比。其物理意义是插入放大器后实际得到的功率是无放大器时可能得到的功率的到少倍。GS、G0、GL分别表示输入匹配网络、晶体管自身、输出匹配网络的增益则有:GT=GS*G0*GL其中有当满足传输线匹配时。只有共轭匹配是才能使GT最大。资用功率增益Ga:定义为放大器输出端的资用功率

12、PLa与信号资用功率Pa之比，其物理意义是插入放大器后负载可能得到的最大功率是无放大器时可能得到的最大功率的多少倍。，表示放大器功率增益的一种潜力。它只与晶体管S参数和信源阻抗有关，而与输出端匹配无关，用以研究信源阻抗变化对放大器功率增益的影响。此电路模型对应表达式略。实际功率增益G:定义为负载ZL所吸收的功率PL与放大器输入功率Pin之比。它只与晶体管S参数和负载有关，而与输入端口的匹配程度无关，便于研究负载变化对放大器功率增益的影响。三者之间的关系：GT=G*M1=Ga*M2并有M1<=1，M2<=1。则有GT

13、