2～4 GHz波段低噪声放大器的仿真设计
2~4GHz 波段低噪声放大器的仿真设计
赵玉胜
（电子科技大学物理电子学院，四川成都610054）
摘要：利用pHEMT 工艺设计了一个2~4GHz 宽带微波单片低噪声放大器电路。本设计中采用了具有低噪声、较高关联增益、pHEMT 技术设计的ATF-54143晶体管，电路采用二级级联放大的结构形式，利用微带电路实现输入输出和级间匹配，通过ADS 软件提供的功能模块和优化环境对电路增益、噪声系数、驻波比、稳定系数等特性进行了研究设计，最终使得该LNA 在2~4GHz 波段内增益大于20dB ，噪声小于1.2dB ，输出电压驻波比小于2，达到了设计指标的要求。
关键词：低噪声放大器；负反馈网络；pHEMT ；ADS 仿真中图分类号：TN722.3
文献标识码：A
文章编号：1674－6236（2012）23-0190-03
Simulation and design of 2~4GHz low -noise amplifier
ZHAO Yu -sheng
（Institute of Physical Electronics ，UESTC ，Chengdu 610054，China ）
Abstract:Based on the LNA with excellent performance from 2GHz to 4GHz band purpose ，this design uses a low -noise ，high associated gain ，PHEMT technology designed ATF -54143transistor ，the circuit is presented with two cascade structureform ，microstrip circuit is used to complete the input ，output and interstage matching ，through the functionality modules and optimizing environment provided by ADS software ，the circuit gain ，noise figure ，VSWR ，stability factor and other characteristics are studied ，ultimately from 2GHz to 4GHz band the LNA gain is greater than 20dB ，the noise is less than 1.2dB ，input and output VSWR is less than 2，and all factors meet the design requirements.Key words:low -noise amplifier ；negative feedback network ；HEMT ；ADS simulation and optimization
收稿日期：2012-08-19
稿件编号：201208085
作者简介：赵玉胜（1987—），男，山东临沂人，硕士研究生。研究方向：电磁场、毫米波。
微波低噪声放大器作为现代电子通信系统中重要组成器件，对整个通信接收系统的接收灵敏度和噪声性能起着决定性作用。随着半导体技术和宽带无线通信系统的发展，低噪声放大器向着更低噪声系数、更宽工作带宽和更高输出功率方向发展，并逐渐成为设计的热点。因此，研究设计出高性能的低噪声放大器具有十分重要的意义。由于高电子迁移率晶体管具有高频率、低噪声、大功率等一系列优点，所以用
pHEMT 制作的多级低噪声放大器已广泛应用于卫星接收系
统、电子系统及雷达系统。
1器件选择
本文选择标准元器件库中pHEMT 晶体管、电阻、电容和
微带线等无源元件作为设计的参数模型进行电路设计。由于电路增益要求大于20dB ，单级pHEMT 功率增益在10dB 左右，考虑到工作频率很高，如匹配不当会造成级间损耗比较严重，所以采用二级放大。由于宽带设计，所以重点对这一频段的电路结构和参数进行设计和优化。
宽带放大器的实现方案有多种，如反馈式、分布式、有耗匹配式、平衡式以及近年来出现的级联分布式（CSSDA ）宽带放大器等[1]。各种方案有不同的优缺点及其应用场合，因为反触同时获得较宽工作带宽和较好的输入输出驻波比，所以馈式宽带放大器应用较多。但是对于低噪声放大器的设计而言，阻性反馈网络的引入会使噪声系数恶化。由于级联系统的噪声系数主要由第一级放大链路决定，后级的噪声系数对系统的噪声性能影响相对较小。考虑到低噪声的设计，设计的两级级联放大器中第一级按照最小噪声系数的原则进行设计，实现拓展低噪声放大器的工作频带；第二级中引入漏极到栅极的负反馈网络，从而使得在整个工作频段内增益较平坦[2-4]。
NF =NF 1+NF 2-11+NF 3-112+…
（1）NF =NF min +R N G s
Y s -Y opt 2
（2）
式（2）是二端口放大器的噪声系数的表达式，其中Y S =
G S +jB S 表示呈现在晶体管处的源导纳，Y opt 表示得出最小噪
声系数的最佳源导纳，NF min 表示当YS =Y opt 时获得的晶体管的最小噪声系数，R N 表示晶体管的等效噪声电阻，G S 表示源导纳的实部。由式（2）可知，若选择具有较小的R N 值的晶体管，在Y s ≠Y opt 的条件下，电路整体能够获得相对较小的噪声系数。ATF-54143在V DS =3V ，I DS =40mA 的偏置状态下，其在
2~4GHz 的频率范围内，可获得较低的噪声系数和输入驻波比。
电子设计工程
Electronic Design Engineering
第20卷Vol.20第23期No.232012年12月Dec.2012
－190－
射频低噪声放大器电路设计详解
射频低噪声放大器电路设计详解 射频LNA 设计要求：低噪声放大器（LNA）作为射频信号传输链路 的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为 高性能射频接收电路的第一级LNA 的设计必须满足：（1）较高的线性度以抑 制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪 声;（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为50Ω;（4）尽可能低的功耗， 这是无线通信设备的发展趋势所要求的。 InducTIve-degenerate cascode 结构是射频LNA 设计中使用比较多的结构之一，因为这种结构能够增加LNA 的增益，降低噪声系数，同时增加输入级 和输出级之间的隔离度，提高稳定性。InducTIve-degenerate cascode 结构在输入级MOS 管的栅极和源极分别引入两个电感Lg 和Ls，通过选择适当的电感 值，使得输入回路在电路的工作频率附近产生谐振，从而抵消掉输入阻抗的虚部。由分析可知应用InducTIve-degenerate cascode 结构输入阻抗得到一个50Ω的实部，但是这个实部并不是真正的电阻，因而不会产生噪声，所 以很适合作为射频LNA 的输入极。 高稳定度的LNA cascode 结构在射频LNA 设计中得到广泛应用，但是当工作频率较高时 由于不能忽略MOS 管的寄生电容Cgd，因而使得整个电路的稳定特性变差。 对于单个晶体管可通过在其输入端串联一个小的电阻或在输出端并联一个大的 电阻来提高稳定度，但是由于新增加的电阻将使噪声值变坏，因此这一技术不 能用于低噪声放大器。 文献对cascode 结构提出了改进，在其中ZLoad=jwLout//（jwCout）-
GSM900低噪声放大器设计
微波电路与系统仿真实验报告 一、实验名称：GSM900频段低噪声放大器仿真 二、实验技术指标： 1.频段：909-915MHz 2.增益：≥17dB 3.噪声系数：<0.7dB 4.输入反射系数：优于-20dB 5.输出反射系数：优于-15dB 6.芯片选择：A TF-54143或VMMK-1218 三、报告日期：2015年12月14日 四、报告页数：共7页 五、报告内容： 1.电路原理图（原理图应标明变量名称的含义，可用文字表述或画图说明） 如下图所示，a为低噪声放大器的原理框图，包括晶体管以及输出输入匹配，在图中未画出部分还有晶体管的偏置电路。对于低噪声放大器设计与最大功率传输的放大器设计不同，最大功率传输放大器的设计必须满足双共轭匹配，而这样噪声的功率也会很大，所以为了获得最小噪声系数，应选择最佳信源反射系数Гopt。此时放大器的输入匹配网络的任务是使管子端口满足如下图b中所示的要求。 （a）微波晶体管放大器原理图（b）最佳噪声匹配放大器的设计步骤为：1、选管；题目指标给出了放大器设计可选择的管子，所以本次设计选择了ATF-54143，查阅ATF-54143晶体管的模型参数，由于ATF-54143晶体管在ADS2011中没有模型，所以本文是查找网络资源下载的ATF-54143的模型文件导入到设计中的，A TF-54143模型如下图所示，左图为晶体管封装模型，右图为内部电路。2、确定工
作电流和工作电压；查阅ATF-54143介绍资料确定Vds和Ids的值，如下图所示，可以看出工作频率为900MHz时的晶体管在不同电压电流下的增益、噪声系数、P1dB、三阶截断功率的值，根据这些值选择Vds=4V，Ids=60mA，此时的Vgg=0.58V。设置电压电流，建立晶 体管的直流偏置电路。
GPS低噪声放大器的设计
低噪声放大器的设计 姓名：#### 学号：################ 班级：1######## 一、设计要求 1. 中心频率为1.45GHz ，带宽为50MHz ，即放大器工作在1.40GHz-1.50GHz 频率段； 2. 放大器的噪声系数NF<0.8dB ， S11<-10dB ，S22<-15dB ，增益Gain>15dB 。 二、低噪声放大器的主要技术指标 低噪声放大器的性能主要包括噪声系数、合理的增益和稳定性等。 1. 噪声系数NF 放大器的噪声系数（用分贝表示）定义如下： ()10lg in in out out S N NF dB S N ??= ??? 式中NF 为射频/微波器件的噪声系数；in S ，in N 分别为输入端的信号功率和噪声功率；out S ，out N 分别为输出端的信号功率和噪声功率。 噪声系数的物理含义是，信号通过放大器后，由于放大器产生噪声，使得信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。 2. 放大器的增益Gain 在微波设计中，增益通常被定义为传输给负载的平均功率与信号源的最大资用功率之比： S L P P Gain = 增益的值通常是在固定的频率点上测到的，低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹配点并非最大增益点，因此增益Gain 要下降。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低2～4dB. 3.稳定性 一个微波管的射频绝对稳定条件是2 2 1112212212211,1,1K S S S S S S ><-<-。只有当3个条件都满足时，才能保证放大器是绝对稳定的。
三、低噪声放大器的设计步骤 1.下载并安装晶体管的库文件 (1)由于ADS2008自带的元器件库里并没有ATF54143的元器件模型，所以 需要从Avago公司的网站上下载ATF54143.zap,并进入ADS主界面,点击【File】——【Unarchive Project】进行安装。 (2)新建工程ATF54143_LNA_1_prj,执行菜单命令【File】——【Include/Remove Projects】将ATF54143_prj添加到新建工程中，这样新建工程就能使用器件ATF54143了。 2.确定直流工作点 低噪声放大器的设计的第一步是设置晶体管的直流工作点。 (1)在ADS中执行菜单【File】——【New Design】，在弹出的对话框中的 Schematic Design Templates下拉列表中选择“DC_FET_T”模板，在Name 文本框中输入DC_FET_T，单击【OK】，这样DC_FET控件就被放置在原理图中了。 (2)在原理图中放置器件ATF54143,设置DC_FET控件的参数并连接原理图如 图1所示。 图1 完整DC_FET_T原理图 (3)仿真得到ATF54143的直流特性图如图2所示。
GPS低噪声放大器的设计
NF(dB)=10lg ? 一个微波管的射频绝对稳定条件是K>1,S 11<1-S12S21,S22<1-S12S21。 低噪声放大器的设计 姓名：####学号：################班级：1######## 一、设计要求 1.中心频率为1.45GHz，带宽为50MHz，即放大器工作在1.40GHz- 1.50GHz频率段； 2.放大器的噪声系数NF<0.8dB，S11<-10dB，S22<-15dB，增益 Gain>15dB。 二、低噪声放大器的主要技术指标 低噪声放大器的性能主要包括噪声系数、合理的增益和稳定性等。 1.噪声系数NF 放大器的噪声系数（用分贝表示）定义如下： ?S in N in? ?S out N out? 式中NF为射频/微波器件的噪声系数；S in ，N in 分别为输入端的信号功率和噪 声功率；S out ，N out 分别为输出端的信号功率和噪声功率。 噪声系数的物理含义是，信号通过放大器后，由于放大器产生噪声，使得信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。 2.放大器的增益Gain 在微波设计中，增益通常被定义为传输给负载的平均功率与信号源的最大资用功率之比： Gain=P L P S 增益的值通常是在固定的频率点上测到的，低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹配点并非最大增益点，因此增益Gain要下降。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低2～4dB. 3.稳定性 22
只有当3个条件都满足时，才能保证放大器是绝对稳定的。 三、低噪声放大器的设计步骤 1.下载并安装晶体管的库文件 (1)由于ADS2008自带的元器件库里并没有ATF54143的元器件模型，所以 需要从Avago公司的网站上下载A TF54143.zap,并进入ADS主界面,点击【File】——【Unarchive Project】进行安装。 (2)新建工程A TF54143_LNA_1_prj,执行菜单命令【File】—— 【Include/Remove Projects】将A TF54143_prj添加到新建工程中，这样新建工程就能使用器件A TF54143了。 2.确定直流工作点 低噪声放大器的设计的第一步是设置晶体管的直流工作点。 (1)在ADS中执行菜单【File】——【New Design】，在弹出的对话框中的 Schematic Design Templates下拉列表中选择“DC_FET_T”模板，在Name文本框中输入DC_FET_T，单击【OK】，这样DC_FET控件就被 放置在原理图中了。 (2)在原理图中放置器件A TF54143,设置DC_FET控件的参数并连接原理图 如图1所示。 图1完整DC_FET_T原理图 (3)仿真得到A TF54143的直流特性图如图2所示。
低噪声放大器
低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)广泛应用于射电天文、卫星接收、雷达通信等收信机灵敏度要求较高的领域，主要作用是放大所接收的微弱信号、降低噪声、使系统解调出所需的信息数据。而噪声系数(Noise Figure，NF)作为其一项重要的技术指标直接反映整个系统的灵敏度，所以LNA设计对整个系统的性能至关重要。 1 GPS接收机低噪声放大器的设计 设计的LNA主要指标为：工作频率为1 520～1 600 MHz；噪声系数NF
低噪声放大器设计指南
低噪声放大器设计指南 1．低噪声放大器在通讯系统中的作用 随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的普遍追求，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求，我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下： S = -174+ NF+10㏒BW+S/N (1) min 由上式可见，在各种特定（带宽、解调S/N 已定）的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。 低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。 2． 低噪声放大器的主要技术指标： 2．1 噪声系数NF 噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即： out out in in N S N S NF //= 对单级放大器而言，其噪声系数的计算为： 222min |1)||1(||4opt s opt s n R NF NF Γ?Γ?Γ?Γ+= 其中 F min 为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的， Γopt 、Rn 和Γs分 别为获得 F min 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。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算为： NF=NF 1+(NF -1)/G 1+(NF -1)/G 1G +…… （4） 232其中NF n 为第n级放大器的噪声系数，G n 为第n级放大器的增益。 在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为： T e = T 0 ( NF – 1 ) （5） 其中T e 为放大器的噪声温度，T 0 =2900 K，NF为放大器的噪声系数。 NF(dB) = 10LgNF （6） 2． 2 放大器增益G： 放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值： G=P out / P in （7） 从式（4）中可见，提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。 所以，一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。
低噪声功率放大器设计
微波电子线路大作业 ——低噪声功率放大器设计 班级：021013班 学号：02011268 姓名：
低噪声放大器的设计 一、设计要求： 已知GaAs FET 在4 GHz 、50 Ω系统中的S 参数和噪声参量为 S11=0.6∠－60°，S21=1.9∠81°， S12=0.05∠26°，S22=0.5∠－60° Fmin=1.6 dB Γout=0.62∠100°RN=20 Ω 设计一个低噪声放大器，要求噪声系数为2 dB ，并计算相应的最大增益。 若按单向化进行设计，则计算GT 的最大误差。 二、低噪声放大器设计原理及思路 1.1低噪声放大器功能概述 低噪声放大器是射频／微波系统的一种必不可少的部件，它紧接接收机天线，放大天线从空中接收到的微弱信号。低噪声放大器在对微弱信号放大的同时还会产生附加于扰信号，因此它的设计目标是低噪声，足够的增益，线性动态范围宽。低噪声放大器影响整机的噪声系数和互调特性，分析如下 （1） 系统接收灵敏度： （2） 多个级连网络的总噪声系数 1.2 放大器工作组态分类 A 类放大器（导通角360度，最大理论效率50%）用于小信号、低噪声，通常是接收机前端放大器或功率放大器的前级放大。 B 类（导通角180度，最大理论效率78.5%）和 C 类（导通角小于180度，最大理论效率大于78.5% ）放大器电源效率高，愉出信号谐波成分高，需要有外部混合电路或滤波电路．由B 类和C 类放大器还可派生出 D 类、 E 类、P 类等放大器。 min 114(dBm/Hz)NF 10log BW(MHz)/(dB) S S N =-+++321112121 11n tot A A A A A An F F F F F G G G G G G ---=+ +++L L
低噪声放大器设计 论文
低噪声放大器设计 摘要：微弱信号检测就是利用近代电子学和信号处理方法从噪声中提取有用信号，其关键在于抑制噪声。恢复、增加和提取有用信号。与普通放大器相比，低噪声放大器应具有低得多的噪声系数。欲使放大器获得良好的低噪声特性，除使用好的低噪声器件外，还要有周密的设计。本文将从低噪声放大器在通讯系统中的作用，低噪声放大器的主要技术指标以及低噪声放大器的设计方法来论述低噪声放大器，以获得最佳噪声性能的低噪声放大器。重点介绍了低噪声放大器的设计方法。 关键词：低噪声，微弱信号检测，噪声系数，放大器 0．引言 随着现代科学研究和技术的发展，人们越来越需要从强噪声中检测出有用的微弱信号，于是逐渐形成了微弱信号检测这门新兴的科学技术学科，其应用范围遍及光学、电学、磁学、声学、力学、医学、材料等领域。微弱信号检测技术是利用电子学、信息论、计算机及物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，检测被噪声淹没的微弱有用信号，或用一些新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比，从而提取有用信号。微弱信号检测所针对的检测对象，是用常规和传统方法不能检测到的微弱量。对它的研究是发展高新技术，探索及发现新的自然规则的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的应用价值。目前，微弱信号检测的原理、方法和设备已经成为很多领域中进行现代科学技术研究不可缺少的手段。显然，对微弱信号检测理论的研究，探索新的微弱信号检测方法，研制新的微弱信号检测设备是目前检测技术领域的一大热点。 1．低噪声放大器在通讯系统中的作用 随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的
利用ADS仿真设计低噪声放大器内容摘要本文给出了利用ADS仿真
利用ADS仿真设计低噪声放大器 内容摘要：本文给出了利用ADS仿真设计低噪声放大器的设计方法及步骤，同时给出了该电路的优化仿真结果及电路性能在批量生产中的合格率。通过设计方法可以看出，利用ADS进行微波电路仿真，它不但很方便的得出最佳电路设计，同时也能对微波电路的容差特性进行了仿真分析，是微波产品设计的良好工具。 关键词：S参量仿真、噪声系数、稳定性、YIELD、Y4IELD优化仿真。 1．引言： ADS软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便，通常对于小信号特性可以进行S参量仿真（？），可以得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性。在电原理分析中可以利用仿真器YIELD进行电路的合格率分析，可以利用仿真器YIELD OPTIM进行电路最大合格率的优化分析，从而得到电路的最佳容差设计。利用ADS软件进行低噪声放大器的设计我们会采用以上的工具进行电路的设计与优化，输出一个合格率较高的产品设计，为最终产品的开发成功奠定良好的基础。 2．设计目标 在无线通信领域，为了提高接收信号的灵敏度，一般在接收机的最前端放置低噪声放大器，由于低噪声放大器的噪声系数较小，而接收系统经过合理的增益分布后，噪声系数主要由低噪声放大器决定，因此，降低低噪声放大器的噪声系数，是提高接收灵敏度的一种关键手段。本文讲述的是用PHEMT场效应管ATF34143进行电路第一级的设计方法。对于电路的第二级以及后续电路可以采用MMIC微波单片放大器完成。因此低噪声放大器的关键设计是电路的第一级。 我们利用ATF34143完成的第一级低噪声放大的设计目标是： 频率范围：1710MHZ~1980MHZ 增益：大于12dB 增益平坦度：每5MHZ带内小于0.2 dB 输入回波损耗：小于1.5 输出回波损耗：小于2.0 噪声系数：小于0.8dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗) 第二级对第一级呈现纯50Ω阻抗。 3．仿真设计： a)利用小信号S参量仿真A TF34143场效应管的最佳噪声系数下的源阻抗匹配及负载 阻抗匹配条件。首先我们根据器件特性选择最佳条件，我们选择V DS=3V ,I D=40mA 得到初始ATF34143的最佳噪声系数匹配条件， 图1 ATF34143最佳噪声匹配条件
低噪声放大器的仿真设计
一、实验目的 1、了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。 2、学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。 3掌握低噪声放大器的制作及调试方法。 二、设计思想 LNA 是射频接收机前端的主要部分，它主要有四个特点。首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声系数越小越好。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。其次，它所接受的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接受信号的同时又可能伴随许多强干扰信号输入，因此要求放大器有足够的线型范围，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者天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们很好的匹配，以达到功率最大传输或者最小的噪声系数，并保证滤波器的性能。第四，应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰，因此它一般是频带放大器,所以必须LNA的指标进行综合折中考虑。 三、理论分析 1、S参数，也就是散射参数。是微波传输中的一个重要参数。S12为反向传输系数，也就是隔离。S21为正向传输系数，也就是增益。S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。、 2、纹波指通带内信号的平坦度，即通带内最大衰减与最小衰减之间的差值，习惯上转换为用dB表示。 3、插入损耗：在理想情况下，射频电路中的理想滤波器在通带内是没有任何功率损耗的，然而在实际的工程设计中，不可能完全消除滤波器固有的一些功率损耗。滤波器插入损耗及描述了通带内的功率损耗大小，其表达式为 IL=-10log(Pin/Pl) 对于一般的双端口网络而言，插入损耗A定义为：网络输出端接匹配负载时，网络输入端的入射功率Pin和负载吸收功率Pl之比。即 A=Pin/Pl=1/|S21|2. 因此，滤波器的插入损耗也可以用散射参数S21来定义： IL=-10log(Pin/Pl)A=Pin/Pl=1/|S21|2=-10log|S21|2 所以经计算要使4GHz插入损耗大于20dB即4GHz处S21<-20dB. 4、在输入输出端口要端接特性阻抗为50Ω的SMA或SMB端子，保证输入输出阻抗50Ω。
低噪声放大器的设计制作与调试报告
微波电路CAD 射频实验报告 姓名 班级 学号
实验一低噪声放大器的设计制作与调试 一、实验目的 （一）了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。 （二）学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。 （三）掌握低噪声放大器的制作及调试方法。 二、实验内容 （一）了解微波低噪声放大器的工作原理。 （二）使用ADS软件设计一个低噪声放大器，并对其参数进行优化、仿真。 （三）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 （四）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、实验步骤及实验结果 （一）晶体管直流工作点扫描 1、启动软件后建立新的工程文件并打开原理图设计窗口。 2、选择File——New Design…进入下面的对话框； 3、在下面选择BJT_curve_tracer，在上面给新建的Design命名，这里命名为BJT Curve； 4、在新的Design中，会有系统预先设置好的组件和控件； 5、如何在Design中加入晶体管；点击，打开元件库； 6、选择需要的晶体管，可以点击查询； 7、对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型； 8、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描； 9、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 10对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型 11、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描 12、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 图1 BJT Curve仿真原理图
(完整版)低噪声放大器设计仿真及优化毕业设计
低噪声放大器设计仿真及优化 摘要 快速发展的无线通信对微波射频电路如低噪声放大器提出更高的性能。低噪声放大器(LNA)广泛应用于微波接收系统中，是重要器件之一，它作为射频接收机前端的主要部分，其主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。它的噪声性能直接决定着整机的性能，进而决定接收机的灵敏度和动态工作范围。而近年来由于无线通信的迅猛发展也对其提出了新的要求，主要为：低噪声、低功耗、低成本、高性能和高集成度。所以本论文针对这一需求，完成了一个2.45GHz无线射频前端接收电路的低功耗低噪声放大器的设计。 本文从偏置电路、噪声优化、线性增益及输入阻抗匹配等角度分析了电路的设计方法，借助 ADS 仿真软件的强大功能对晶体管进行建模仿真，在这个基础上对晶体管的稳定性进行了分析，结合 Smith 圆图，对输入输出阻抗匹配电路进行了仿真优化设计，设计了一个中心频率为2.45GHz、带宽为100MHz、输入输出驻波比小于1.5、噪声系数小于2dB和增益大于15dB的低噪声放大器。 关键词：微波；低噪声放大器；噪声系数；匹配电路；ADS仿真
ABSTRACT Rapid growth of wireless data communications Microwave communication system receiver, as the main part of the RF front-end receiver, the function of the low noise amplifier is amplifying the faint signal which incepted from air by the antenna. It can reduce the noise jamming, so as to demodulate right information for the system. The noise performance of the LNA will affect the performance of the whole system directly, and then deciding the sensitivity and dynamic working scope of the receiver. From the aspect of bias circuit, noise optimization, linear gain, impedance match, and the design methodology for LNA is analyzed, This article carries on the modelling simulation with the aid of the ADS simulation software's powerful function to the transistor, the analysis in this foundation to transistor's stability, the simulation optimization design. a radio frequency power amplifier is designed, which 1.5, Noise coefficient less than 2dB and Wattandgain 15dB. Key Words：microwave;low-noise amplifier; noise figure; matching circuit; ADS simulation
低噪声放大器设计指南
低噪声放大器设计指南 文件标识：基础知识 当前版本： 1.0 作者：刘明宇 日期：2006.12.2 审阅\修改： 修改日期： 文件存放： 版本历史 版本作者日期修改内容 盖受控章 除非加盖文件受控章，本文一经打印或复印即为非
1．低噪声放大器在通讯系统中的作用 随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的普遍追求，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求，我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下： S = -174+ NF+10㏒BW+S/N (1) min 由上式可见，在各种特定（带宽、解调S/N 已定）的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。 低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。 2． 低噪声放大器的主要技术指标： 2．1 噪声系数NF 噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即： out out in in N S N S NF //= 对单级放大器而言，其噪声系数的计算为： 222min |1)||1(||4opt s opt s n R NF NF Γ?Γ?Γ?Γ+= 其中 F min 为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的， Γopt 、Rn 和Γs分别为获得 F min 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。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算为： NF=NF 1+(NF -1)/G 1+(NF 3-1)/G 1G + (4) 22其中NF n 为第n级放大器的噪声系数，G n 为第n级放大器的增益。 在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为： T e = T 0 ( NF – 1 ) （5） 其中T e 为放大器的噪声温度，T 0 =2900 K，NF为放大器的噪声系数。 NF(dB) = 10LgNF （6） 2． 2 放大器增益G： 放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值： G=P out / P in （7） 从式（4）中可见，提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪
低噪声放大器的设计与仿真
低噪声放大器的设计要求 (2) 低噪声放大器的设计 (2) 一、直流分析与偏置电路设计 (2) 二、稳定性分析 (4) 三、噪声系数圆和输入匹配 (5) 四、最大增益的输出匹配 (7) 五、电路整体微调 (9) 六、版图设计 (12) 心得与体会 (13) 参考文献 (13)
低噪声放大器的设计要求 Use Avago’s ATF-331M4 to design a LNA 1. Operation Frequency rang: 2.4 GHz ~ 2.5 GHz 2. Noise Figure below 0.7 dB; 3. Gain > 13 dB; (Feasible maximum gain is 16.1 dB at 2.5 GHz) （曾经为15dB，后改为13dB） 4. VSWR(input)<1.5; 5. VSWR(output)<1.5; Use the schematic tool to simulate and realize it with the layout tool (Momentum) in ADS. Give both the schematic and layout of the final LNA amplifier circuit, detailed simulation procedure, and the simulation results obtained with both the schematic and layout circuit. 低噪声放大器的设计 低噪声放大器的设计步骤 1、直流分析与偏置电路设计 2、稳定性分析 3、噪声圆系数与输入匹配 4、最大增益的输出匹配 5、电路整体微调 6、版图设计 以下将详细叙述这些设计步骤。 一、直流分析与偏置电路设计 1、从ATF-331M4的说明文档如图1可以看出，2GHz下它在V DS为4V、I d为40-80mA时噪声系数在0.6左右，且增益去到15dB以上，符合设计要求。为使增益尽可能地大，故确定晶体管的偏置V DS=4V，I d=80mA； 2、从Avago的官网下载ATF-331M4的模型，并在ADS2015.01下如图2进行直流分析，以确定偏置V GS的电压。由于ATF-331M4有两个源端，为使每个源端电流为80mA，故应选择I d约为160mA的栅极电压。由直流仿真结果可得V GS 约为-0.35V； 3、确定静态工作点后则可设计偏置电路。本来ADS中有一个“DA_FETBias”的控件工具可以方便地设计偏置电路，但由于需要将晶体管的栅极电压偏置于负电压，这个工具便难以胜任，故只能手动设计偏置电路。使用+5V和-5V的双电源和标称电阻值，可计算出分压器的两个电阻分别为130Ohm和150Ohm时栅极电压约为-0.35V。由于漏极电流约为160mA，要使漏极电压为4V时可计算出漏极电阻约为6.2Ohm。最后得到电路图及直流仿真结果如图3示。
低噪声放大器实验
低噪声放大器实验（虚拟实验） 一、实验目的 （1）了解低噪声放大器的工作原理； （2）掌握双极性体管放大器的工程设计方法； （3）掌握低噪声放大器基本参数的测量方法； （4）熟悉Multisim软件的高级分析功能，分析高频电路的性能。 二、实验原理 低噪声放大器是射频接收前端的关键器件，其主要作用是提供足够的增益将来自接收天线的微弱信号放大从而抑制后级电路的噪声影响。相较于普通的放大器，LNA有较低的噪声系数、一定的功率增益、足够的线性范围、良好的噪声匹配特性。 一个双极性晶体管LNA的小信号模型如图1所示。其主要参数有发射结的结电阻r b’e、发射结电容C b’e、集电结电容C b’c、基极电阻r bb’、g m U b’e、特征频率f T等。 图1 为了改善噪声性能，LNA需设计匹配噪声匹配网络。常见的匹配网络有并联共源结构、并‐串反馈式结构、共栅式结构、源极反馈式等。 三、实验内容 （一）1MHz LNA 1、电路结构 1MHz LNA的电路图如图2所示。根据电路原理图，选取相应的器件，构成试验电路。在放大器的输入端加入输入信号U i后，在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反幅值被放大了的输出信号U o，实现电压放大。
图2 如图3所示，在器件工具条上选择左起第一个按钮，选择输入信号U i。 图3 如图4所示，选择“AC Power”作为输入信号，置于晶体管U1的栅极与地之间。 图4 双击AC_Power 图标，出现如图5所示的对话框。改动对话框中的相关设置可以改变幅值频率偏置电压等。Voltage(RMS)选择5mV，Frequency选择1MHz，
(完整版)24G射频低噪声放大器毕业设计
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 摘要 近年来，以电池作为电源的电子产品得到广泛使用，迫切要求采用低电压的模拟电路来降低功耗，所以低电压、低功耗模拟电路设计技术正成为研究的热点。本文主要讨论电感负反馈cascode-CMOS-LNA（共源共栅低噪声放大器）的噪声优化技术，同时也分析了噪声和输入同时匹配的SNIM技术。以噪声参数方程为基础，列出了简单易懂的设计原理。为了实现低电压、低噪声、高线性度的设计指标，在本文中使用了三种设计技术。第一，本文以大量的篇幅推导出了一个理想化的噪声结论，并使用Matlab分析了基于功耗限制的噪声系数，取得最优化的晶体管尺寸。第二，为了实现低电压设计，引用了一个折叠式的共源共栅结构低噪声放大器。第三，通过线性度的理论分析并结合实验仿真的方法，得出了设计一个高线性度的最后方案。另外，为了改善射频集成电路的器件参数选择的灵活性，在第四章中使用了一种差分结构。所设计的电路用CHARTER公司0.25μm CMOS 工艺技术实现，并使用Cadence的spectre RF 工具进行仿真分析。本文使用的差分电路结构只进行了电路级的仿真，而折叠式的共源共栅电路进行了电路级的仿真、版图设计、版图参数提取、电路版图一致性检查和后模拟，完成了整个低噪声放大器的设计流程。 折叠式低噪声放大器的仿真结果为：噪声系数NF为1.30dB，反射参数S11、S12、S22分别为-21.73dB、-30.62dB、-23.45dB，正向增益S21为14.27dB，1dB压缩点为-12.8dBm，三阶交调点IIP3 为0.58dBm。整个电路工作在1V电源下，消耗的电流为8.19mA，总的功耗为8.19mW。
低噪声放大器的设计
低噪声放大器的设计 参数： 低噪声放大器的中心频率选为2.4GHz，通带为8MHz 通带内增益达到11.5dB，波纹小于0.7dB 通带内的噪声系数小于3 通带内绝对稳定 通带内输入驻波比小于1.5 通带内的输出驻波比小于2 系统特性阻抗为50欧姆 微带线基板的厚度为0.8mm，基板的相对介电常数为4.3 步骤： 1.打开工程，命名为dzsamplifier。 2.新建设计，命名为dzsamplifier。设置框如下： 点击OK后，如下图。
模板为BJT_curve_traver，带有这个模板的原理图可以自动完成晶体管工作点扫描工作。 3.在ADS元件库中选取晶体管。单击原理图工具栏中的， 打开元件库，然后单击，在 搜索“32011”。其中sp开头的原件是S参数模型，可以用来作S参数仿真，但这种模型不能用来做直流工作点扫描。以pb开头的原件是封装原件，可以做直流工作点扫描，此处选择pb开头的。 4.按照下图进行连接
5.将参数扫描控制器中的 【Start】项修改为Start=0. 6.点击进行仿真，仿真结束后，数据显示窗自动弹出。 如下图： 7.晶体管S参数扫描。 （1）重新新建一个新的原理图S_Params，进行S参数扫描。如下图：
点击OK后，出现： （2）在ADS元件库中选取晶体管。单击原理图工具栏中 的，打开元件库，然后单击，在 搜索“32011”。此处选择sp 开头的。 （3）以如图的形式连接。 （4）双击S参数仿真空间SP，将仿真控件修改如下。
（5）点击仿真按钮，进行仿真。数据如下图所示： （6）双击S参数的仿真控件，选中其中的【Calculate Noise】，如图 执行后：
低噪声放大器设计与仿真
实验3 低噪声放大器设计与仿真 实验目的： 1.了解微波低噪声放大器的技术指标和设计方法； 2.掌握使用ADS软件进行微波有源电路的设计、仿真与优化。实验内容： 3.1 低噪声放大器的基础知识 3.2 晶体管直流工作点扫描 3.3 晶体管S参数扫描 3.4 SP模型的仿真设计 3.1 低噪声放大器的基础知识 1. 低噪声放大器的作用 ●放大微弱信号 ●降低噪声干扰 在接收机或各种特定的无线通信系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。因此，低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。 2. 低噪声放大器的主要技术指标 ●噪声系数 ●放大器增益
●增益平坦度 ●稳定系数 ●输入输出驻波比 ●通频带、中心频率 ●输出功率 ●… 提高低噪声放大器的增益对降低接收机的噪声系数是非常有利的，但是低噪声放大器的增益过高会影响到整个接收机的动态范围。因
此，一般来说，低噪声放大器的增益应与系统的整机噪声系数、接收机的动态范围等结合起来考虑。 3. 低噪声放大器的设计方法 ①选择合适的晶体管，下载并安装晶体管的库文件。 ②进行直流分析，确定直流工作点。 ③偏置电路设计。 ④稳定性分析。 ⑤噪声系数圆和输入匹配设计。 ⑥最大增益的输出匹配设计。 ⑦匹配网络的实现。 ⑧版图的设计。 ⑨原理图和版图的联合仿真。
4. 软件仿真注意事项 ?仿真时模型的选择1 晶体管 ?sp模型：属于小信号线性模型，模型中已经带有了确定的直流工作点，和在一定范围内的S参数，仿真时要注意适用范围。 Sp模型只能得到初步的结果，对于某些应用来说已经足够，不能用来做大信号的仿真，或者直流馈电电路的设计，不能直接生成版图。
浅谈低噪声放大器的设计
浅谈低噪声放大器的设计 摘要为提高低噪声放大器的增益，降低接收机系统的噪声系数，宜采用多级低噪声放大器。本文介绍了低噪声放大器的设计方法及单级低噪声放大器间的级连方式，详述了采用传输短接线方式进行级间匹配级连的过程，通过比较传输短接线和匹配网络两种级连方式的效果，建议电子设备应根据接收机系统对噪声和增益指标的要求来合理选择低噪声放大器间的级间方式，以达到经济实用设计功效。 关键词低噪声放大器;级连;匹配;S参数;增益平坦度 前言 随着电子科技工业的飞速发展，对雷达、通信、电子对抗、遥感测控等系统技术的要求也越来越高，功率辐射小，稳定性好，频带宽，作用距离远等技术已成为电子装备科研生产单位的普遍追求，这对系统的接收灵敏度也提出了更高的要求。 1 接收机系统灵敏度 接收机系统灵敏度即接收机系统可以接收到的并仍能正常工作的最低信号强度，为保持接收机正常工作的最小可接收信号强度，灵敏度可用功率来表示。我们知道，如果没有噪声，那无论多么微弱的信号，只要充分地加以放大，信號总是可以被检测出来的。但在实际应用中，噪声是不可避免存在的，它与微弱信号一起被放大或被衰减，影响着接收机对信号的辨别，噪声成为限制接收机灵敏度的主要因素，因此，接收机的低噪声设计就显得尤其重要。接收系统灵敏度的计算公式如下： P=kTOBNF（W）（1） 式中，k为波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K，TO为接收机工作环境的绝对温度，TO=290k，B为系统带宽，NF为接收机噪声系数，P为最小可检测功率。 由公式（1）可知，在系统带宽确定、工作环境相对稳定的通信系统中，要提高系统灵敏度（最小可检测功率越小），关键就是降低接收机的噪声系数NF。接收机的噪声系数是由位于接收机最前端的放大器决定的，也即我们通常所说的低噪声放大器，低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收来的微弱信号，降低噪声的干扰，使系统能解调出所需的信息数据[1]。 单级放大器的增益一般不能满足系统接收机的要求，通常需要采用多级放大器来达到系统接收机对增益要求。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算公式为：
低噪声放大器的设计-射频课程设计
射频设计报告低噪声放大器的设计
目录 1 前言 (1) 2 低噪声放大器的主要技术指标 (1) 2.1 工作频率与带宽 (1) 2.2 噪声系数 (2) 2.3 增益 (2) 2.4 放大器的稳定性 (3) 2.5 输入阻抗匹配 (3) 2.6 端口驻波比和反射损耗 (3) 3 低噪声放大器的设计指标 (4) 4 设计方案 (5) 4.1 直流分析及偏置电路的设计 (5) 4.2 稳定性分析 (7) 4.3 匹配网络设计 (9) 4.4 最大增益的输出匹配 (12) 4.5 匹配网络的实现 (16) 4.6 版图的设计 (17) 5. 学习心得 (23) 参考文献 (24)
1 前言 低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)是射频接收机前端的重要组成部分。它的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，足够高的增益克服后续各级(如混频器)的噪声，并尽可能少地降低附加噪声的干扰，以供系统解调处所需要的信息。LNA一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，由于处于接收机的最前端，其抑制噪声的能力直接关系到整个接收系统的性能。因此LNA的指标越来越严格，不仅要求有足够小的低噪声系数，还要求足够高的功率增益，较宽的带宽，在接收带宽内功率增益平坦度好。该设计利用微波设计领域的ADS软件，结合低噪声放大器设计理论，利用S参数设计出结构简单紧凑，性能指标好的低噪声放大器。 低噪声放大器，它的噪声系数很低。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。 安捷伦公司的ATF54143是一种增强型伪高电子迁移率晶体管( E-pHEMT) , 不需要负栅极电压, 与耗尽型管相比较, 可以简化排版而且减少零件数, 该晶体管最显著的特点是低噪声, 并具有高增益、高线性度等特性, 他特别适用于工作频率范围在450MHz~6GHz 之间的蜂窝/ PCS/ WCDMA基站、无线本地环路、固定无线接入和其他高性能应用中的第一阶和第二阶前端低噪声放大器电路中。 2 低噪声放大器的主要技术指标 2.1 工作频率与带宽 放大器所能允许的工作频率与晶体管的特征频率Ft有关，由晶体管小信号