微波限幅低噪声放大器研究进展
微波低噪声放大器的Serenade优化设计
微波低噪声放大器的Serenade 优化设计顾 伟 安 叶（北京理工大学电子工程系微波电路实验室，100081）[摘要]：本文首先简要介绍微波低噪声放大器的设计理论、方法和过程，然后介绍使用微波电路CAD 软件Ansoft 公司的Serenade8.71进行分析和优化设计一个微波低噪声放大器的方法和过程。
获得了较为理想的结果：工作频带：9.6～10.6GHz，噪声系数：<1.5db，增益：24db，增益平坦度<±0.5db。
关键词: 低噪声放大器，仿真，优化设计一. 引言低噪声放大器(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，它直接影响整机性能，尤其是接收机灵敏度。
随着通讯、雷达技术的发展，对微波宽频带低噪声放大器也提出更加严格的要求。
利用微波电路CAD 设计软件来进行电路设计，可以避开复杂的理论计算，极大地提高设计准确性和效率。
Ansoft 公司的Serenade 仿真软件由于其强大的功能而广泛应用于射频微波电路仿真和优化设计。
本次仿真设计使用Ansoft 公司Serenade 8.71仿真软件优化设计低噪声放大器，获得了较好的仿真结果。
二. 低噪声放大器的设计理论LNA 的性能指标主要是噪声系数、增益、工作频段、电压驻波比以及增益平坦度，尤其是噪声系数和增益对整机性能影响较大。
在频率较高的频段设计制作放大器，我们通常采用场效应管FET。
放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，放大器存在着最佳的信号源阻抗。
放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳的原则进行设计，此时放大器的噪声系数是最小。
为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比，输出匹配电路则采用共轭匹配。
输入匹配电路做最佳噪声匹配时，放大器的输入阻抗不一定恰好与信号源阻抗匹配，因而功率放大倍数不能达到最大值。
也就是说，为使噪声最低，要牺牲一点增益来换取噪声系数的降低。
微波仿真论坛RD实验低噪声放大器设计制作与调试
3.2晶体管S参数扫描
选定晶体管的直流工作点后，可以进行 晶体管的S参数扫描，本节中选用的是 S参数模型sp_hp_AT41511_2_19950125，这一模型对应的 工作点为Vce=2.7V、Ic=5mA
下面给出进行S参数扫描的具体操作
微波仿真论坛RD实验低噪声放大 器设计制作与调试
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
注意如何规划仿真，才能尽快得到需要的电路
要按照先局部后整体的优化，切忌直接全局优化，最好能够预先计 算设置优化元件的初值。
要注意仿真的数值稳定性，对于对参数以来敏感的仿真结果在最后 制作的时候是很难实现的。适当的时候需要考虑改系统拓扑。
养成不明白就多看微看波仿he真lp论的坛习RD惯实验低噪声放大
微波仿真论坛RD实验低噪声放大 器设计制作与调试
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
得到S(1,1)的显示如图所示
微波仿真论坛RD实验低噪声放大 器设计制作与调试
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
点击 ，激活的是数字 列表的显示方式，仿照前 面，将需要的参数加入右 边的显示列表。 对于 S(1,1)默认的显示是模/辐 角的格式。
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
点击 ，激活的是 图形显示方式，在左 边所列的参数列表中 选择需要的参数，如： S(1,1)后，在点击 将其加入右边的显示 列表。
微波仿真论坛RD实验低噪声放大 器设计制作与调试
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
然后会弹出数据显 示的格式，对于 S(1,1)，选择dB。
题
要有好的软件设计习惯
各种文件的命名 电路的布局以及参数的设置和选择 要有合理的设计顺序
要记住你在使用的是软件
物理概念要明确，不要在无意义的地方花时间
毕业设计(论文)-基于ads的微波低噪声放大器的仿真设计[管理资料]
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毕业设计（论文）题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计所属院(系) 物电学院专业班级电子1201姓名学号：指导老师完成地点物电学院实验室2016年6月5日毕业论文﹙设计﹚任务书院(系) 物电学院专业班级电子信息工程学生姓名一、毕业论文﹙设计﹚题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计二、毕业论文﹙设计﹚工作自 2016 年 2 月 20 日起至 2016 年 6 月 20 日止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 物电学院实验室四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：(LNA)广泛应用于微波接收系统中,是重要器件之一,主要用来放大低电平信号,由于是自天线下来第一个进行信号处理的器件,LNA决定了整个系统的噪声性能和电压驻波比VSWR,，往往需要对驻波比和噪声性能参数指标进行处理。
那么如何对这两个性能参数进行处理就成为低噪声放大器设计中的一个难点。
这个难点的最好解决方法就是放在放大器输入输出匹配网络的设计中来解决。
本设计是利用微波射频仿真软件ADS对微波低噪声放大器进行仿真设计，掌握微波射频电路的工程设计理论和设计方法，提高专业素质和工程实践能力。
其具体要求如下：1、分析微波低噪声放大器的各项参数；2、查找相关资料并翻译相关的英文资料；3、设计一微波低噪声放大器，根据所选器件,设计相应偏置电路；4、设计输入输出匹配电路，并利用仿真软件ADS对设计进行仿真验证。
进度安排:2月20日─3月1日：查阅资料、完成英文资料翻译并准备开题报告3月2日─4月1日：熟悉软件的使用并提交开题报告4月2日─5月1日：完善开题报告、研究微波低噪声放大器的理论设计方法、并建立偏置电路和匹配电路，进行期中检查。
5月2日─5月30日：利用软件建立微波低噪声放大器模型并进行仿真验证，准备验收。
6月1日─6月10日：撰写毕业设计论文并提交论文6月11日─6月15日：毕业设计答辩。
毕业设计应收集资料及参考文献:[1]低噪声放大器(LNA)[J].通信技术,2016(01)[2][D]电子科技大学，2009.[3][D]广东工业大学，2013.[4]. 2006.[5].[6] 射频功率放大器的研制[D].指导教师系 (教研室)系(教研室)主任签名批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计学生：（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业电子1201班级，陕西汉中 723000）指导老师：[摘要]低噪声放大器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,低噪声放大器也主要面向移动通信基础设施基站应用。
RF CMOS低噪声放大器研究的开题报告
RF CMOS低噪声放大器研究的开题报告一、选题的背景随着现代通信技术的快速发展，无线通信技术已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
无线电通信系统要求接收信号强度足够高，同时尽可能地减小噪声和杂散度，以保证系统的性能和可靠性。
低噪声放大器(LNA)作为无线电通信系统中的重要组成部分，起到放大弱信号以提高系统的灵敏度的作用。
因此，研究低噪声放大器是无线电通信领域的重要研究方向。
RF CMOS技术因其低功耗、小面积和低成本等优势，在高频应用领域中得到广泛应用。
CMOS LNA因其工艺成熟、面积小、布线简单等优点成为研究的热点。
但是，由于CMOS器件的非线性特性和频率依赖性，以及CMOS工艺的限制，使得设计出满足高性能和低功耗的CMOS LNA 是一个具有挑战性的问题。
二、选题的意义本课题的研究意义主要表现在以下几个方面：（1）提高无线通信系统的性能和可靠性。
（2）深入研究RF CMOS LNA的基本工作原理和性能评估方法。
（3）设计新型的低噪声放大器电路，提高其性能。
（4）探究RF CMOS技术在高频应用中的优势与局限，为未来的研究提供参考。
三、研究内容及技术路线本课题的研究内容是在RF CMOS技术基础上，研究低噪声放大器电路设计，探讨低噪声放大器的基本工作原理和性能评估方法，并通过模拟仿真和实验验证，提高其性能。
具体研究内容包括：（1）学习RF CMOS技术和低噪声放大器电路的基本知识。
（2）设计带有负反馈的CMOS LNA电路，提高放大器的性能。
（3）研究并分析不同环节对LNA性能的影响，例如放大电路、噪声系数和线性度等。
（4）采用优化算法设计LNA电路，提高性能。
（5）利用射频测试系统对设计的LNA电路进行测试和性能评估。
技术路线如下：（1）研究RF CMOS技术基础知识，掌握低噪声放大器电路设计的基本原理和方法。
（2）选择适当的CMOS器件和电路拓扑结构，设计和仿真LNA电路。
（3）利用测试仪器和软件工具对设计的LNA电路进行评估和测试。
微波低噪声放大器的原理与设计实验报告
微波低噪声放大器的原理与设计实验报告一、实验的那些小前奏。
家人们！今天咱来唠唠这个微波低噪声放大器的原理与设计实验。
一开始听到这个名字的时候，我就感觉它好高大上啊，就像那种在科学云端漫步的东西。
不过呢，当真正开始接触这个实验，就发现它其实也像个调皮的小怪兽，有点难搞，但又特别有趣。
二、啥是微波低噪声放大器呀。
那咱得先搞明白这个微波低噪声放大器是个啥玩意儿。
简单来说呢，它就像是一个超级贴心的小助手，在微波信号处理这个大舞台上发挥着重要的作用。
在我们周围，到处都有微波信号，就像空气中的小精灵一样。
但是呢，这些信号往往会夹杂着噪声，就像小精灵里面混进了一些捣蛋鬼。
这个微波低噪声放大器呢，它的本事就是在放大这些微波信号的同时，尽可能地把那些捣蛋的噪声给压制住，让我们能得到比较纯净又被放大了的信号。
想象一下，如果把微波信号比作是一场音乐会的演奏声，噪声就是那些在台下叽叽喳喳的杂音。
这个放大器就像是一个超棒的音乐厅管理员，它把演奏声放大，让每个角落都能听到美妙的音乐，同时把那些杂音都给屏蔽掉，让大家可以享受纯粹的音乐盛宴。
三、实验原理的探索之旅。
那这个放大器为啥能做到这样神奇的事情呢？这就涉及到它的原理啦。
它的内部就像是一个精心设计的小迷宫，里面有着各种各样的电子元件，像晶体管之类的。
这些元件就像是小迷宫里的小关卡，微波信号和噪声在里面穿梭的时候，就会受到不同的对待。
对于微波信号来说，这个小迷宫就像是为它量身定制的绿色通道。
通过巧妙地设置晶体管的工作状态，还有电路的一些参数，就可以让微波信号顺利地通过这些关卡，并且在通过的过程中被放大。
就好像小信号是一个小探险家，在这个友好的迷宫里越走越强壮，不断地成长变大。
而对于噪声呢，这个迷宫可就没那么友好啦。
因为噪声的一些特性和微波信号是不一样的，所以在经过那些关卡的时候，就会受到各种阻碍和削减。
比如说，通过合理地选择晶体管的类型和电路的结构，可以让噪声在某些地方就被消耗掉，就像小捣蛋鬼在迷宫里不断地碰壁，最后被削弱得没什么力气了。
S波段低噪声放大器研究与设计的开题报告
S波段低噪声放大器研究与设计的开题报告一、选题背景随着现代通信技术的不断发展，无线通信系统让人们的生活更加方便和舒适，低噪声放大器（low noise amplifier，LNA）作为无线通信系统中的重要组成部分，在无线电收发机中主要用于增加系统的灵敏度和带宽，起到放大信号、提高信噪比等作用。
其中，S波段（2-4 GHz）是一个重要的通信频段，在高速数字通信、雷达和卫星通信等领域中得到了广泛的应用。
因此，本文选取了S波段低噪声放大器的研究与设计作为课题，旨在探究S波段LNA的性能和优化方法，设计出高性能的S波段LNA，为无线通信系统的研究和发展提供理论和实践基础。
二、选题意义1.弥补国内S波段LNA的研究缺乏目前国内在S波段LNA方面的研究比较缺乏，而LNA的性能直接影响整个无线通信系统的性能。
因此，本文的研究将填补国内在S波段LNA方面的空白。
2.提高S波段LNA的灵敏度和带宽在无线通信系统中，提高灵敏度和带宽是关键问题，而LNA作为信号放大器的重要组成部分，其性能优化将能够提高整个通信系统的灵敏度和带宽。
3.推动S波段通信技术的发展S波段通信技术在高速数字通信、雷达和卫星通信等领域中发挥着重要作用，而高性能的S波段LNA将能够促进S波段通信技术的发展，推动无线通信技术的研究和发展。
三、研究内容本文将围绕以下几个方向展开研究：1.对S波段LNA的基本原理进行研究和分析。
2.分析S波段LNA的性能，包括增益、噪声系数、线性度等。
3.对S波段LNA的优化设计进行探究和研究。
4.开展实验，验证所设计的S波段LNA的性能和优良特性。
四、研究方法1.文献调研法：对S波段LNA的基本原理进行深入的文献调研和分析，掌握并研究相关文献的资料，对S波段LNA的性能、设计方法进行全面了解和理解。
2.理论分析法：计算和推导S波段LNA的设计公式和参数，分析LNA的性能和特性，为设计优良的LNA提供理论基础。
3.仿真模拟法：应用模拟器进行电路仿真，检验和改善LNA的性能，并对LNA的参数进行优化调整。
2.0~2.4GHz限幅低噪声放大器设计
虑采用此种设计方法。
3 LNA 电路仿真与优化
图 2 直流偏置电路
借助 Agilent 公司的 ADS 仿真软件进行设计。选用 S 参数模型仿真, 采用 Roggers4350B 基片, 介质基片厚度为 H = 0. 508 mm, 相对介电常数为 E r = 3. 38, 表面覆铜厚度 为 35Lm。在仿真中充分考虑了器件的寄生参数的影响及 封装对版图的影响同时要考虑最终仿真出来的电路结构 的可实现性, 使仿真更接近实际电路。
Abstr act : This paper has introduced a new method of the S2band limiter LNA designing, which innovatively used lumped par amet ers and distributed parameter s mixed and matched, t aking int o account t he requirement of the volume and noise. T o optimize the str ucture, we ut ilized the simulation software named ADS, the parasit ic parameter sp impact to the device and the effect of packaging on the map has been considered, t o make the simulation r esult closer to the actual circuit t han before. Besides, we handed out the solution of the self2excitation problem in am plifier debugging for the fir st t ime. F rom the exper iment data, we can see that the limiter before LNA could operat e perfectly when the input pulse power is up to 400W, the noise, the gain and SWR of the amplifier also reached the target well. KeyWor ds: PIN diode; LNA; Limiter ; Stability; ADS
试述微波低噪声放大器的设计与实现
试述微波低噪声放大器的设计与实现作者：曹飞来源：《电子技术与软件工程》2016年第12期微波低噪声放大器是通信、遥控、雷达和遥感系统在接收信号的一个关键点，同时低噪声放大器还会提高接收机的灵敏度并降低接收系统的噪声。
由于低噪声放大器在无线电通讯的各个方面都具有极其重要的意义，因此，也急需我们对其进行进一步的研究。
本文在低噪声放大器的研究现状基础上阐述了微波低噪声放大器的工作原理，进而研究了宽带低噪声放大器的设计与实现。
【关键词】微波低噪声放大器设计近几年卫星通信，遥控遥感等技术迅速发展，对微波低噪声放大器的性能提出了更高的要求，正是这样也限制了一些从前的窄带低噪声放大器。
低噪声放大器是位于射频最前端的噪声参数，因为低噪声放大器的噪声系数有着非常重要的作用，因此我们不得不将微波低噪声放大器设计的更符合要求。
近年低噪声放大器主要基于CMOS工艺发展，也得到了不错的成效，但还是存在着一些缺点，例如在设计中为了有效降低噪声系数和考虑阻抗匹配，会选取Q值较高的电感，这些元件集成到芯片中会占用很大的芯片面积，增加芯片成本。
由于低噪声放大器对整个通讯接收系统都起到了举足轻重的重要，这也就要求我们必须要设计出高性能低成本的低噪声放大器。
1 低噪声放大器的研究现状当前低噪声放大器已经成为无线通信领域内研究的一个热点，因为低噪声放大器所适用的范围比较广，例如在宇宙通讯中、卫星地面接收方面和GPS接收机等等设备当中都有应用到。
正是近几年无线通讯技术的飞速发展，微波低噪声放大器也随之共同发展。
因为低噪声放大器会降低接收机的噪声，还能够增加通信的距离和提高传递的信息质量。
当前微波低噪声放大器主要是朝着高效率，低耗能和低噪声的方向发展。
2 微波低噪声放大器的工作原理噪声是干扰有用信号的不规则的扰动，在我们的日常生活当中，噪声的主要干扰在于它干扰有用信号能力的大小。
通常情况下，任何一种噪声都能够在频率区域范围内绘制出它的功率谱图。
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微波限幅低噪声放大器研究进展
摘要：最近几年，毫米波通信技术在生活中的各个领域发展都很迅速。
在无线通信毫米
波发射机中低噪声放大器具有非常重要的地位。
为保护低噪声放大器研究者会在放大器前端
添加限幅器模块。
论文介绍了限幅低噪声放大器的工作原理和国内外研究进展。
关键字：限幅；低噪声；放大器
1前言
近年来，半导体工艺技术和高速无线通信技术的快速发展促进了毫米波技术日趋成熟，
毫米波通信技术在生活中的各个领域大展拳脚。
毫米波在很多领域都有所应用且前景广阔。
GaAs工艺在性能方面比CMOS要高，所以现下主流的收发机都是采用GaAs工艺。
6GHz以下
频率因为无线通信技术已经占用很多频谱资源，所以现在能继续开发的频谱资源已经很少了，在频谱资源如此拥挤的今天，各个频段之间的干扰也越来越严重。
现今人们要求传输速度越
来越快，倒逼无线通信技术向频率更高的毫米波频段发展。
毫米波波长在1-10mm之间，与
之对应的频段范围是30-300GHz，毫米波依靠波长短，穿透力强等特点在医学检测，汽车自
动驾驶等领域得到广泛应用。
2限幅低噪声放大器的工作原理和研究进展
放大器作为毫米波收发系统的重要组成部分，可以实现信号放大。
在放大器分类中，低
噪声放大器（LNA）是所有种类中用途较广的一种。
在设计LNA时需要考量的指标有很多，
这些指标中最重要的是噪声和线性度，噪声和线性度可以直接反映整个电路系统的灵敏度和
动态范围。
信噪比过高也会大幅度降低带宽，在这样拥挤的带宽环境下，降低信噪比就显得
尤为重要。
信噪比又由系统噪声直接控制，这个指标也是由低噪声放大器所决定。
另外，当
输入功率较大时，低噪声放大器中的有源器件耐功率普遍较低，有些高功率雷达的收发系统
共用一个天线，这个天线兼备发射与接收功能。
但是发射机的功率往往很高，通常在几千瓦
到几万瓦之间，发射机与接收机的频段又非常接近，接收机就会耦合到一些发射机发射的大
功率信号，即使这部分信号只占发射机整体信号很小一部分，但是对接收机也是致命的。
研
究者在设计大功率接收机时会将限幅器设计在低噪声放大器前端，限幅器是大功率接收机系
统中的重要模块。
检测识别和处理极其微弱信号的能力是接收机必须要具备的能力。
在这样
的要求下，灵敏度对于低噪声放大器就非常重要。
因为早期工艺不够完善，限幅低噪声放大器基本都是混合集成，这样的设计方式会引入
较大噪声系数并增加电路面积。
随着科技的发展与进步，这样的方式不再能满足人们对低噪声，高集成，高鲁棒性的需求。
研究者根据这些需求在设计研究限幅低噪声放大器时引入单
片微波集成电路技术，通过集成设计的方式将低噪声放大器和限幅器协同设计在一块衬底上，这样极大的缩小了芯片面积，集成设计的限幅LNA噪声更小，芯片面积更小，稳定性更高。
低噪声放大器方面：早在2010年，克里特工业大学的C.H.Wang等人发表了一款低噪声
放大器，该低噪声放大器基于0.13µm-CMOS工艺，工作频段是24-29GHz。
C.H.Wang等人采
用两级共源以及一级共栅结构。
C.H.Wang等人的设计最大增益和噪声系数在当年是非常优秀的，分别是17.7dB和3.l dB，芯片面积是0.51mm2，直流功耗为20.07mW。
该低噪声放大器
经过流片测试得出噪声系数为2.9dB，最大增益为18.5dB。
三年后的2014年佐治亚理工学
院SongP等人依旧基于CMOS工艺设计了一款低噪声放大器，工作频率范围是74-81GHz。
流
片测试结果表明，这个设计在增益方面是非常优秀的，达到了30dB，噪声系数和芯片面积都
没有很大的提升，分别是4dB和0.3mm2，直流功耗有所减小。
四年后的2018年美国的
M.Elkholy等人设计了一款LNA，采用40nm- CMOS工艺，该结构与2010年的克里特工业大
学的C.H.Wang等人较为相近，通过一级共源和两级差分结构实现在26-33GHz的低噪声放大器。
在他们的设计中，第二级和第三级采用电容中和技术，通过这样的设计提高了器件的增
益和稳定性，噪声系数也大大降低。
经过测试，该设计最大增益是18.4dB，最小噪声系数为3.4dB，芯片面积进一步缩小。
限幅器方面，早年的国外研究主要集中在同轴线、波导等方面，具体特点是体积大，耐功率水平高。
近年来伴随着工艺的成熟，制作工艺多采用厚膜和
薄膜工艺。
国际的主流研究方式分为以下几个方向，分别是分析，仿真，提高集成度，降低
调试量。
随着市场需要芯片尺寸越来越小型化，要求限幅器的芯片面积持续减小。
例如：
Mini-Cireuits公司的中超宽带限幅器CLM-83-2W+，这个限幅器的工作频率范围较大，下至
30MHz，上至82GHz。
CLM-83-2W+耐功率也非常高，可达到32dBm，限幅电平和插入损耗只有11.5dBm和0.5dBm。
OMNIYIG公司的限幅器工作频率范围也比较宽，下至100MHz，上至
18GHz。
AeroflexMctelics公司在限幅器领域也有一定的成就，LM202802-Q-C-301是该公司
超宽带限幅器的代表，LM202802-Q-C-301的最大连续波耐功率最大可以达到50dBm，工作频
率范围是从2GHz到8GHz。
3结语
微波限幅低噪声放大器依旧有很大的进步空间：噪声过大，成本过高，带宽限制以及集
成度低引起芯片面积较大等问题。
因此，研究者的首要目标是研究与设计高性能毫米波限幅
低噪声放大器。
在毫米波限幅低噪声放大器领域实现低插入损耗，低噪声，低成本，高集成
度等性能，用以满足在高速或超高速，超大量数据传输的需求。
参考文献：
[1]梁永明.毫米波低唉声放大器研究与设计[D].浙江：杭州电子科技大学,2018.
[2]洪伟，余超，陈继新，等人.毫米波与太耕兹技术[J].中国科学:信息科
学,2016.46(8): 1086.1
[3]王磊，任健.刘飞飞等.Ka波段GaAs MMIC限幅低噪声放大器的设计[J].半导体技术,2018,43(12):893-897.。