低噪放设计
S波段低噪放设计
电路则 采用共 扼匹 配。输入 匹配 电路 在达 到最佳 噪声 时 ，放 大器 的输入 阻抗未 必恰好 与信 号源 阻抗 匹 配 ，因而 功率 放 大倍 数不 是最 大 。设 计 放大 器 时 ，首先 考虑 的是 噪声 尽可 能
噪 声 ｇａ ４ Ｉ ． ． ｔ￣－ｏ９ Ｂ．增益 大 ＂３ ｄ － ｄ Ｉ ０
低 噪声 放 大 器 主要 功 能 是将 来 自天 线 的低 电压 信 号 进行 小 信 号 放大 。前 级 放大 器 的
噪声 系 数对 整个 微 波 系统 的噪声 影 响最 大 ，它 的增益 将 决定 对后 级 电路 的噪声 抑制 程 度 ．
Ｏ八 一 科 技
Ｓ波 段 低 噪 放 设 计
・ ３・ ３
Ｓ 波 段 低 噪 放 设 计
田耕 郑光 华 杨 玻
６ １３） １７ １
（ 中国兵器 装备 集 团成都 火控 技术 中心 成都
摘
要 ：本 文使 用Ａ 设 计 并制 作 了Ｓ 段 的 低噪 声放 大 器 。在 整 个 频段 内 Ｄｓ 频 噪声 系数 增益
Ｏ八 一科技
Ｓ波段低 噪放 设计
用 Ａ Ｓ 进行 低 噪声放 大器 的仿真 与 优化 设计 。 Ｄ
２ 主 要 技 术 指 标
（ ）工作 频 率 ： Ｓ频 段 １
（ ）噪声 系数 ： ≤０９ Ｂ ２ ．ｄ
（ ）增益 ： ３ ≥３ Ｂ Ｏｄ （ ）增益 平坦 度 ：≤± ．ｄ ４ Ｏ７ Ｂ
（ ）输 入输 出阻抗 ：５ １ ５ ０２
低 。其 次才考 虑增益 的问题 。因此 。牺牲一 点增益 来换取 噪声 系数 的降低 是必 要的 ，两者 之间应 该取 一个 合适 的折 中 。Ｌ Ａ 采用 两级放 大 的方 式来 实现 。为使 放 大器 具有 更低 的 Ｎ 噪声 。第一 级 的工 作 点应 根据 最 小噪 声 系数来 选 取最 佳 的工 作 电流 。为 保 证有 足够 的增
ansysdesigner8低噪放设计
ansysdesigner8低噪放设计一、概述在电子设备中，噪声是一个常见的问题，特别是在放大器设计中。
为了解决这个问题，ANSYS Designer 8提供了一种低噪声放大器设计的解决方案。
本文将详细探讨如何使用ANSYS Designer 8进行低噪声放大器设计。
二、低噪声放大器的原理低噪声放大器是一种能够在放大信号的同时尽量减小噪声的放大器。
在设计低噪声放大器时，需要考虑以下几个方面：1. 前端放大器的设计前端放大器是低噪声放大器的核心部分，它负责放大输入信号并尽量减小噪声。
在ANSYS Designer 8中，可以使用各种电路元件和模块来设计前端放大器，如晶体管、电容和电感等。
2. 信号传输线的设计信号传输线在低噪声放大器中起到了关键的作用。
为了减小噪声的干扰，需要设计合适的传输线，如微带线或同轴电缆等。
3. 电源噪声的抑制电源噪声是低噪声放大器中常见的问题之一。
为了抑制电源噪声，可以使用滤波器、稳压器等电路元件来减小噪声的干扰。
三、ANSYS Designer 8的功能ANSYS Designer 8是一款功能强大的电子设计自动化工具，它提供了一系列的功能来帮助设计低噪声放大器。
1. 电路仿真ANSYS Designer 8可以对设计的低噪声放大器进行电路仿真，以评估其性能。
通过仿真，可以分析放大器的增益、带宽和噪声等参数，并进行优化。
2. 参数优化ANSYS Designer 8提供了参数优化功能，可以根据设计要求自动调整电路参数，以达到最佳的性能。
通过参数优化，可以实现低噪声放大器的最佳设计。
3. 噪声分析ANSYS Designer 8可以进行噪声分析，以评估低噪声放大器的噪声性能。
通过噪声分析，可以了解噪声源的贡献，并采取相应的措施来减小噪声。
4. PCB布局ANSYS Designer 8还提供了PCB布局功能，可以帮助设计人员进行电路布局，以减小噪声的干扰。
通过合理的布局，可以有效地减小电路中的噪声。
ansysdesigner8低噪放设计
ansysdesigner8低噪放设计【原创实用版】目录1.ANSYS Designer 8 低噪放设计概述2.设计流程与方法3.设计要素与技巧4.设计实例与结果分析5.总结与展望正文【ANSYS Designer 8 低噪放设计概述】ANSYS Designer 8 是一款专业的电子设计自动化（EDA）软件，广泛应用于各种电子设备的设计与分析。
低噪放设计，即低噪声放大器设计，是该软件在射频微波领域中的一个重要应用。
通过 ANSYS Designer 8，工程师可以轻松地完成低噪放设计的各个环节，从而实现性能优异的低噪声放大器。
【设计流程与方法】低噪放设计的基本流程可以分为以下几个步骤：1.需求分析：明确设计的目标和性能指标，如增益、噪声系数、输入输出阻抗等。
2.方案选择：根据需求分析，选择合适的放大器架构，如线性放大器、反馈放大器等。
3.元器件选型与布局：根据设计方案，选择合适的元器件，并进行合理的布局。
4.参数优化：通过调整元器件参数，优化放大器的性能。
5.仿真验证：对设计方案进行仿真验证，以确保放大器性能满足需求。
6.测试与调试：对实际制作出的放大器进行测试与调试，以验证其性能。
【设计要素与技巧】在进行低噪放设计时，以下几个要素和技巧需要特别注意：1.选择合适的放大器架构：不同的放大器架构对性能影响很大，应根据需求选择最合适的架构。
2.选用高品质元器件：元器件的性能直接影响放大器的性能，应选择性能优良、可靠性高的元器件。
3.合理布局：良好的布局可以减小信号干扰，提高放大器性能。
4.参数优化：通过调整元器件参数，可以有效提高放大器性能，但需要注意避免过度优化。
5.仿真验证：仿真验证是设计过程中非常重要的一环，可以及时发现问题，避免盲目制作实际产品。
【设计实例与结果分析】假设我们需要设计一款增益为 20dB，噪声系数为 2dB，输入阻抗为50Ω，输出阻抗为 50Ω的低噪声放大器。
通过 ANSYS Designer 8，我们可以按照以下步骤完成设计：1.创建项目，导入所需元器件库。
ADS设计低噪声放大器详细步骤
ADS设计低噪声放大器详细步骤低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）是无线通信系统中一个重要的组成部分，其功能是将接收到的微弱信号放大，以便后续的处理和解调。
设计低噪声放大器需要考虑多个因素，包括噪声系数、增益、带宽、稳定性等。
下面是一个详细的设计步骤，用于设计低噪声放大器。
1.确定设计规格：a.确定工作频率范围：通常情况下，设计LNA需要确定工作频率的范围，以便选择合适的器件和电路结构。
b.确定增益和噪声系数要求：根据系统需求，确定LNA的增益和噪声系数的要求。
一般来说，增益越高，噪声系数越低，但二者之间存在一定的折衷关系。
2.选择器件：根据设计规格，选择适当的射频器件。
常见的射频器件包括双极性晶体管（BJT），高电子迁移率晶体管（HEMT），甲乙基氮化镓场效应晶体管（GaAsFET）等。
3.确定电路结构：根据选择的器件和设计规格，确定LNA的电路结构。
常见的LNA电路结构包括共源极结构、共栅极结构和共基极结构。
根据不同的结构，可以实现不同的增益和噪声系数。
4.进行器件参数提取：使用器件模型，从所选器件中提取器件的S参数（散射参数）、Y参数（混合参数）等。
这些参数将在后续的仿真和优化中使用。
5.进行电路仿真：使用电路仿真软件（如ADS，Spectre等），根据设计的电路结构和选取的器件参数，进行电路的仿真。
可以通过改变电路参数和器件参数，来优化电路的性能。
6.进行电路优化：在仿真过程中，可以进行电路参数的优化。
优化的目标可以是噪声系数、增益、带宽等。
通过反复地优化，寻找最佳的电路参数。
7.器件布局和仿真：根据优化后的电路参数，进行射频电路的布局设计。
布局需要考虑信号和功率的传输、射频电感和电容的布线、射频耦合以及射频接地等因素。
8.器件特性提取：根据布局后的射频电路，提取各个节点的特性参数，如增益、输入输出阻抗、稳定性等。
9.进行电路仿真验证：使用仿真软件进行电路的验证，比较仿真结果与设计目标的一致性。
低噪声放大器..
5） C
C 0 VBC 1 0
n
反偏集电结电容
6） 7）
Ccs 集电结与衬底间的势垒电容
rbb ' 、ree 、 rcc 为各极的体电阻
大倍数下降为 1 时的频率
8） 特征频率 fT 定义为共射输出短路电流放
gm gm fT 2 (C C ) 2 C
3） 有源偏置电路
有源偏置电路具有相 当出色的温度稳定性，但 同时也带来了元件数目增 多，电路结构复杂等缺点。 在放大器的温度稳定性要 求比较高的时候，可以考 虑采用这种偏置电路。
有源偏置电路
3）传输线偏置电路
传输线偏置电路
传输线偏置法可以抑制偶次谐波，并且还可以 改善放大器的稳定性。
固定基流偏置电路
IIP3
Input VSWR
－11.1dBm
1.5
－3dBm
1.2
Output VSWR
隔 离
3.1
21dB
1.4
21dB
从表中可以看出，低噪声放大器的主要指标为： 噪声系数 增益 线性范围
输入输出阻抗的匹配
功耗
输入输出的隔离
以上各项指标并不独立，是相互关联的，在 设计中如何折中，兼须各项在指标，是设计的 重点也是难点。
C gd ---漏极与源极电容
rG 、 rS 、 rD 分别为各极的欧姆电阻，rds 是漏源电
阻， R 是串联栅极电阻 i
对于GaAs FET ，这些参数的典型值为
Ri 7
C gs 0.3 pF
rds 400 Cds 0.12 pF
gm 40mS
C gd 0.01 pF
基极分压射极偏置电路
低噪放设计
当前级增益 G1 和 G2 足够大的时候，整机的噪声系数接近第一级的 噪声系数。因此多级放大器第一级噪音系数大小起决定作用。作为
成品微波低噪音放大器的功率增益，一般是 20－50dB 范围。
放大器技术指标—增益平坦度 6
增益平坦度是指工作频带内功率增益的起伏，常用最 高增益与最小增益之差，即△G(dB)表示，如下图所示。
功率增益与噪声系数
5
功率增益的大小还会影响整机噪声系数，下面给出简化的多级
放大器噪声系数表达式：
Nf
N f1
N f 2 1 G1
N f 3 1 ... G1G2
其中： N f －放大器整机噪声系数； N f 1，N f 2，N f 3 －分别为第 1，2，3 级的噪声系数；
G1，G2 －分别为第 1，2 级功率增益。从上面的讨论可以知道，
当输入匹配电路不能使信源反射系数S和最佳反
射系数opt（噪声系数最小时的反射系数）相等时， 放大器噪声将增大。由于S是复数，不同的S值有 可能得到相同的噪声系数，在圆图上噪声系数等值 线为一圆，叫等噪声圆。
在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆 15
等噪声源、等增益圆是我们设计输入输出匹配电路，尤其输入 匹配电路的依据。
级间共轭匹配时应有
Zin = ZT1*
图6-10 放大器的级间匹配电路
Zout = ZT2*
由于级间匹配电路是电抗性匹配，它的输入和输出必然同时达
到共轭匹配。
如果级间电路是第1级微波管后面的电路，除了增益匹配之外， 对它还有两个要求：
（1）按低噪声设计，使第2级要有足够低的噪声
（2）要兼顾第1级输入驻波比。
P3
Z0
输入
匹配
低噪放的工艺流程
低噪放的工艺流程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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低噪放的设计
1.023 1.047 1.072 1.096 1.122 1.148 1.175 1.202 1.230 1.259 6.825 13.81 20.96 28.27 35.75 43.41 51.24 59.26 67.47 75.87 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 10
在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆 在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆
15
等噪声源、等增益圆是我们设计输入输出匹配电路，尤其输入 匹配电路的依据。
低噪声放大器设计的依据与步骤 16
依据： 1. 满足规定的技术指标 噪声系数（或噪声温度）；功率增益；增益平坦度；工作频 带；动态范围 2. 1. 2. 3. 4. 5. 输入、输出为标准微带线，其特征阻抗均为50 放大器级数 晶体管选择 电路拓朴结构 电路初步设计 用CAD软件进行设计、优化、仿真模拟 步骤：
9
放大器技术指标— 放大器技术指标—端口驻波比和反射损耗
9
低噪声放大器主要指标是噪声系数，所以输入匹配电 路是按照噪声最佳来设计的，其结果会偏离驻波比最 佳的共扼匹配状态，因此驻波比不会很好。 此外，由于微波场效应晶体或双极性晶体管，其增益 特性大体上都是按每倍频程以6dB规律随频率升高而 下降，为了获得工作频带内平坦增益特性，在输入匹 配电路和输出匹配电路都是无耗电抗性电路情况下， 只能采用低频段失配的方法来压低增益，以保持带内 增益平坦，因此端口驻波比必然是随着频率降低而升 高。
在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆 在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆
14
输入、输出不匹配时，增益将下降。因为负载 是复数，有可能在不同的负载下得到相同的输 出，经分析在圆图上，等增益线为一圆，这个 圆叫等增益圆。 当输入匹配电路不能使信源反射系数ΓS和最佳反
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低噪声放大器设计报告学生姓名：李江江学号：201221040234 单位：物理电子学院一、技术指标：频率：5.25 GHz~5.55 GHz 噪声系数：小于0.5 dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗)增益：大于20dB 增益平坦度：每10MHZ带内小于0.1dB输入输出驻波比：小于2.0 输入输出阻抗：50二、理论分析低噪声放大器(LNA)在接收机系统中处于前端,主要作用是放大接收到的微弱信号,降低噪声干扰。
LNA的设计对整个接收机性能至关重要,其噪声系数(NF)直接反映接收机的灵敏度。
随着通讯、雷达技术的发展,对微波低噪声放大器也提出了更为严格的要求。
利用微波电路CAD设计软件,结合可靠的LNA设计理论来进行电路设计，可以避开复杂的理论计算,极大地提高设计准确性和效率，有效缩短研制周期,降低成本。
( A D S ) 软件是A g i l e n t 公司在H P E E S O F 系列E D A 软件基础上发展完善的大型综合设计软件，它功能强大，能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计，广泛应用于通信、航天等领域，是射频工程师的得力助手。
本文着重介绍如何使用ADS 进行低噪声放大器的仿真与优化设计。
LNA的性能指标主要是噪声系数、增益、工作频带、电压驻波比和带内平坦度等，尤其是噪声系数和增益对整机性能影响较大。
要实现理想功率传输，必须使负载阻抗与源阻抗相匹配,这就需要插入匹配网络。
放大管存在最佳源阻抗Zsop,t LNA的输入端应按Zsopt进行匹配,此时放大器的噪声系数为最小。
而为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比,输出端则采用输出共轭匹配。
如果增益不够，则需要采用多级放大电路。
原则上前级放大器相对注重噪声系数性能，后级放大器则相对注重增益性能。
也就是说，输出端口和级间针对增益最大和平坦度进行匹配电路设计。
LNA低噪声放大器的主要指标如下：1.工作频率与带宽2.噪声系数3.增益4.放大器的稳定性5.输入阻抗匹配6.端口驻波比和反射损耗三、设计过程：（1）直流分析晶体管S 参数的测量并确定工作点。
利用ADS的S参数仿真在所需要的频带内求出低噪管的S参数，并与手册所提供的S参数对比，通过调整栅源电压VGD不断修正S参数最终得到合适的偏置电路。
图1 偏置电路图m1VGS=-0.500VGS=-0.450VGS=-0.400VGS=-0.350VGS=-0.300VGS=-0.250VGS=-0.200VGS=-0.150VGS=-0.100VGS=-0.050VGS=-6.939E -17VGS=0.050VGS=0.100VGS=0.150VGS=0.200VGS=0.250VGS=0.300VGS=0.350VGS=0.400VGS=0.450VGS=0.500VGS=0.550VGS=0.600VGS=0.650VGS=0.700VGS=0.750VGS=0.800VGS=0.850VGS=0.900VGS=0.950VGS=1.000VDSI D S .i , m AVDS=IDS.i=0.010VGS=-0.3500002.0002.0000.019VDSDevice PowerConsumption, WattsValues at bias point indicated by marker m1.Move marker to update.图2 直流扫描综合上述分析，选择晶体管直流设计为VDS=2 V ，IDS=10 mA 。
2 偏置电路设计依据ADS 里直流偏置的仿真，取 Id=10mA ，Vds=2V ，此时 Vgs=-0.35V 左右。
这种无源偏置电路容易理解， 不像有源电路那么复杂。
和单电压供电的自偏压电路相比，这种电路要提供双电压。
但是由于自偏压电路会引入反馈，这个反馈在稳定工作点的同时也降低了增益，加大了噪声，所以没有采用自偏压电路。
偏置电路原理如下图 所示。
图3 偏置电路原理图图4 稳定性判断电路原理图3 稳定性的判断稳定性的判断可以通过K-∆公式或源端和负载端稳定系数圆来判断，前者通常用来判断放大器是否处于绝对稳定的情况。
对于低噪声放大器的第一级，主要性能是以降低噪声系数为目标的，故常处于条件稳定的情形，而设计最大增益放大器时采用双端共轭匹配，这时候射频电路必须处于绝对稳定才能保证复数共轭同时成立。
判断稳定性的方法有很多，我们只要选一种就可以了。
原理图如图 4 如示，ADS 仿真的结果中的表格可以看出 K<1，B1>0，所以放大器是不稳定的。
m2m3freq, GHz S t a b F a c t 1freq=StabFact1=0.3645.250GHz freq=5.550GHz 123456789101.421.431.441.451.461.471.411.48freq, GHzS t a b M e a s 1图5 ADS 仿真结果在源极添加一个小电感，引入负反馈，使放大器工作在稳定区。
最后替换为一节微带线。
图6 源极添加一个小电感后的电路图图7 替换为微带后的电路图m2m3freq, GHzS t a b F a c t 1freq=StabFact1=1.0015.200GHz freq=StabFact1=1.0015.600GHzfreq, GHzM a x G a i n 1m1freq=MaxGain1=9.3765.400GHz图8 最终仿真结果图9 稳定后的电路图4 匹配设计设计匹配网络的方法很多，有图解法，计算机辅助设计法等。
ADS 提供了多种方便快捷的匹配网络设计工具，如无源电路的smith 圆图、集总参数元件、、微带双枝节等多种智能元件，本文利用ADS 的微带单枝节综合工具很清晰方便的实现自动匹配网络设计。
利用ADS 所提供的这种智能 元件进行阻抗匹配设计，最后自动生成子网络。
使用史密斯圆图工具经过调整后达到匹配。
由于匹配电路的拓扑结构多样，应选择一种简单且便于实际工程设计的网络结构，本文采用由微带单枝节元件构成的网络，如下图所示为自动生成的一种匹配电路拓扑结构，从中可以观察其反射系数在工作频带的频率响应曲线，所生成的放大器输出子网络，可以直接添加或复制到原理图中。
图10 匹配电路拓扑结构5.255.305.355.405.455.505.555.205.60-100-50-15050freq, GHzr e a l (Z i n 1)i m a g (Z i n 1)r e a l (Z o u t 1)i m a g (Z o u t 1)5.255.305.355.405.455.505.555.205.60-8-6-4-20246-108freq, GHzd B (S (1,1))d B (S (2,1)) 5.255.305.355.405.455.505.555.205.600.50.60.70.80.91.00.41.1freq, GHzS t a b F a c t 1S t a b M e a s 15.255.305.355.405.455.505.555.205.60234567819freq, GHzV S W R 1V S W R 25.255.305.355.405.455.505.555.205.601.01.21.41.61.82.02.22.40.82.6freq, GHzn f (2)单级优化在5.25 GHz 到5.55 GHz 的频段上，输入输出驻波比小于2，增益在10dB到14dB 之间，噪声系数nf （2）小于0.8dB ，稳定系数Mu1大于1.（选取射频介质基板的参数为：介电常数εr =2.2,基板厚度H=0.508 mm 。
）5.255.305.355.405.455.505.555.205.60-15-10-55-2010freq, GHz d B (S (1,1))d B (S (2,1))5.255.305.355.405.455.505.555.205.601.00101.00151.00201.00251.00051.0030freq, GHzS t a b F a c t 1图11 S21 S11图两级级联优化为了进一步改善低噪声放大器的增益、增益平坦度及稳定性，可以采用多级放大器级联的形式满足需求。
本文所选择的低噪管具有很低的噪声系数和较高的1dB 压缩点，在仿真中直接将两级相同的单级放大器通过耦合电容进行耦合，前级采用最佳噪声输入匹配，后级采用双共轭匹配，经过匹配网络调谐和进一步优化后，得到性能更加良好的电路。
图12 两级级联优化后的结构图最终结果5.255.305.355.405.455.505.555.205.60-20-1001020-3030freq, GHz d B (S (1,1))d B (S (2,1)) 5.255.305.355.405.455.505.555.205.601.0101.0151.0201.0251.0301.0051.035freq, GHz S t a b F a c t 15.255.305.355.405.455.505.555.205.601.21.31.41.51.61.71.11.8freq, GHzV S W R 1V S W R 2 5.255.305.355.405.455.505.555.205.600.540.560.580.520.60freq, GHzn f (2)图13 最终仿真结果曲线图四、 设计结果及存在问题分析：1.了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。
学习熟悉了使用ADS 软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真的全过程。
2.通过单级和两级放大器的调试和仿真，使我了解了ADS 软件设计低噪声放大器的流程和方法以及相关元件库文件和元件库的使用。
3.通过本次设计，两级放大器的仿真效果确实比单级放大器的仿真效果更好。
两级放大器的增益更大，带宽更大。
因为两级放大器比单级放大器多了一些可优化的参变量。