CDMA 基站中低噪声放大器设计
CDMA低噪声放大器设计关键问题及解决措施
CDMA 低噪声放大器设计关键问题及解决措施
移动通信技术是现代通信技术和计算机技术高度发展和相互结合的产物。
随着数字化信息技术的广泛应用，现代通信技术正以前所未有的高速度发展，移动通信也正沿着多址通信的方向发展。
CDMA（码分多址）与FDMA （频分多址）和TDMA（时分多址）相比，具有系统容量大而且配置灵活、频谱利用率高、软切换、保密性能好的优点。
基于这些优点CDMA 技术得到了广泛的应用。
CDMA 低噪声放大器作为CDMA 接收机的第一级，直接决定了整机的噪声系数，从而很大程度上决定了接收机灵敏度。
因此噪声系数小、增益高、带内平坦、高线性的CDMA 低噪声放大器成为CDMA 收发信机的一个重要组成部分。
CDMA 低噪声放大器的研究与设计
CDMA 低噪声放大器电路的基本原理
该低噪声放大器功能框图如图1 所示。
为满足50dB 的高增益，该低噪声放大器采用四级放大AMP1、AMP2、AMP3 和AMP4；为了得到很好的输入。
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：注意：晶体管参数指标如下：1.晶体管sp_hp_AT32011_5_1995105的频率范围为0.1GHz-5.1GHz，满足技术指标。
2.通带内噪声系数满足技术指标。
3.通带内增益不满足技术指标。
4.通带内输入驻波比不满足技术指标。
5.通带内输出驻波比不满足技术指标。
结论如下：1.频率范围和噪声系数满足技术指标，可以选取该晶体管。
《低噪声放大器设计》课件
采用线性化和稳定化技术，提高放 大器的线性度和稳定性。
低噪声放大器设计的案例分析
我们将分享几个具体的低噪声放大器设计案例，包括设计过程、技术方案和 实际效果分析，帮助您更好地理解和应用低噪声放大器设计。
结语
低噪声放大器设计是通信系统中重要的一环，通过深入研究和应用设计原理 和技巧，我们可以提高系统的性能和可靠性。感谢您的聆听！
《低噪声放大器设计》 PPT课件
噪声放大器设计是通信系统中关键的组成部分，为了提高系统的性能和可靠 性，我们需要深入了解低噪声放大器的设计原理和应用。本课件将介绍低噪 声放大器的基本概念、设计技巧和应用案例。
什么是低噪声放大ห้องสมุดไป่ตู้？
低噪声放大器是一种具有较高信号放大增益且噪声水平较低的放大器。它主 要用于在信号链的前端进行信号放大，从而提升整个系统的信噪比和灵敏度。
低噪声放大器具有宽 频带特性，适用于不 同频段的信号处理。
低噪声放大器的常见应用
无线通信
低噪声放大器在接收机和发射机中广泛应 用，提高通信质量和覆盖范围。
医疗设备
低噪声放大器在医学检测和成像设备中起 到关键作用，提高信号质量和可靠性。
传感器系统
低噪声放大器用于信号采集和处理，提高 传感器系统的灵敏度和精度。
卫星通信
低噪声放大器用于卫星通信系统，提供可 靠的信号接收和转发功能。
如何设计低噪声放大器？
1
放大器电路的优化设计
2
利用合适的电路结构和元件参数，
优化放大器的性能和噪声系数。
3
调试和测试技巧
4
合理调试和测试放大器的工作状态， 确保其性能和可靠性。
前端设计
选择合适的前端元件和电路拓扑， 降低系统的噪声输入。
低噪声放大器设计
低噪声放大器设计随着电子技术的不断发展，低噪声放大器（Low Noise Amplifier，简称LNA）在无线通信和微波领域的重要性不断提升。
低噪声放大器的主要作用是在前置放大器中放大微弱信号，同时将噪声压制到最小，以保证整个系统的性能。
低噪声放大器的噪声系数是衡量其性能的重要指标，通常用dB比值或者分贝数来表示，简称Nf。
低噪声放大器的设计要确保Nf足够低，才能在微弱信号中产生足够的增益且不引入过多的噪声。
因此，低噪声放大器的设计非常重要。
一、低噪声放大器设计的挑战在设计低噪声放大器时，需要面临几个挑战。
第一，如何处理噪声。
在放大器中，噪声来自于电阻、晶体管的温度、元器件的起伏等因素，噪声在传输信号时会被放大。
因此，设计低噪声放大器需要充分考虑噪声的来源，并采取合适的抑制措施，以保证系统的高效运作。
第二，如何改善热噪声。
热噪声是低噪声放大器中一个常见的问题，是由器件本身热引起的噪声。
为了减小热噪声，需要减小器件的温度，采用低噪声晶体管等高品质元器件来代替常规器件，并减小元器件之间的串扰。
第三，如何平衡增益和噪声。
低噪声放大器需要在增益和噪声之间进行权衡，在增益和噪声之间找到平衡点。
增加放大器的增益会对噪声产生影响，因此需要采用低失真、高效率的放大器设计来保证放大器的性能。
二、低噪声放大器的设计要点低噪声放大器的设计要点主要包括器件选择、电路结构、滤波器和匹配等。
器件选择是设计低噪声放大器时非常关键的一个方面，选择适当的低噪声、低电荷、高频率的晶体管材料，能提高系统的性能，也能减小噪声系数。
电路结构是设计低噪声放大器时的另外一个重要方面。
直接耦合放大器和共源放大器是常见的电路结构，其中直接耦合放大器简单、稳定，但增益和噪声系数会受到限制。
而共源放大器的增益和噪声系数的选择范围更大，但也更过程更为复杂。
此外，混频器的阻抗匹配和反馈网络设计也是设计低噪声放大器的重要方面。
滤波器也是设计低噪声放大器时需要重点考虑的方面之一。
CDMA基站中低噪声放大电路设计盘点
CDMA基站中低噪声放大电路设计盘点
随着移动通信的普及，移动通信设备商之间竞争也更加激烈;各大通信巨头为了抢夺市场，不断提高基站的性能，降低基站的价格;低噪声放大器是基站接收机的第一级，看到低噪声放大器位于接收机的最前端，因此对基站接收
机来说，低噪声放大器是十分关键的部件，它直接影响到整个接收链路的信噪比，对提高基站灵敏度有决定性影响。
安捷伦公司的A TF54143 是一种增强型伪高电子迁移率晶体管，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
显着的特点是低噪声，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450 MHz ～6 GHz 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。
1.1 晶体管模型低噪声放大器
通常会在源极加电感来增加稳定性，稳定性设计对于任何放大器都是必
需的，没有设计成绝对稳定的放大器不能应用到产品中去的;影响低噪声放大器稳定性的因素有很多，其中源极电感是其中之一。
图2 未加源极电感的FET 等效原理图
图3 添加源极电感的FET 等效图
加入源极电感不仅改善稳定性，也能改善输入输出匹配与噪声系数，是
设计低噪声放大器非常重要的方法。
1.2 电路原理图。
一种适用于卫星通信的低噪声放大器设计
Technology Study技术研究DCW0 引言在卫星通信系统中，矩形波导有较低的差损特性。
在天线溃电网络、接收机等设备中，矩形波导作为三维结构的无源器件，得到广泛使用。
有源电路如固态芯片一般是基于二维微带电路设计，在有源电路和无源波导集成的系统中，需要二维结构和三维结构之间的过渡，一般采用波导微带过渡的形式。
说到卫星通信，不得不说接收机，它是卫星通信下行链路建立的关键设备，接收机的噪声系数指标和天线的增益指标，直接决定系统的G/T值。
而G/T值是衡量卫星通信系统下行链路的关键指标，决定系统接收信号的好坏，决定系统接收质量的好坏。
接收机设计的关键就是低噪声放大器的设计，而低噪声放大器设计的关键，就是噪声系数指标和输入驻波特性。
低噪声放大器设计，需要根据低噪声管的管芯阻抗特性参数，设计相应的输入匹配以及相应的噪声匹配。
设计一种匹配，设计起来比较容易实现，难就难在怎么把输入匹配和噪声匹配都设计好[1]。
实现噪声匹配的时候，输入匹配也不差，这是一个矛盾的两个参数，往往把一个指标匹配好了，另一个指标要变差，反之也是如此。
所以设计时需要找到一个平衡点，让两者离最佳匹配点尽可能近，两者的指标都可以接受。
本文给大家介绍一种适用于卫星通信的Ku扩展频段低噪声放大器，采用波导到同轴再到微带线的形式设计无源过渡部分；采用最佳噪声匹配，同时优化输入匹配，设计有源放大部分。
1 低噪声放大器设计低噪声放大器设计原理图如图1所示。
它由两部分组成：一个是无源电路部分——波导同轴微带过渡；另外一个是有源电路部分——低噪声放大。
无源电路实现波导三维结构与微带平面二维结构之间的过渡；有源电路实现对高频微弱信号的低噪声放大。
图1 低噪声放大器设计原理图在三维高频电磁仿真软件 HFSS里，建立了一种波导同轴微带探针过渡的 HFSS仿真模型，如图 2（a）所示，波导选用 WR-75标准波导。
该模型在波导的E面中心插入同轴探针，通过调整同轴探针距波导短路面的距离、同轴探针插入的深度、同轴探针的尺寸等参数，优化端口输入驻波。
基于WCDMA接收机系统的低噪声放大器设计
ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｖ ａ ｉｏ ｒ ｕ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ； ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ； Ｗ ＣＤＭＡ
随着半 导体 技 术 和无 线 通讯 技 术 的发 展 ， 无 线 移
ａ 叶弑２ ０ １ ３ ｇ － ｇ ２ ６ 卷 第１ ２ 期
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ． ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ． ／ Ｄｅ ｃ ． １ ５．２ ０ １ ３
基 于 ＷＣ Ｄ Ｍ Ａ接 收 机 系统 的低 噪 声 放 大器 设 计
《低噪声放大器设计》课件
低噪声放大器（LNA）是一种专门设计的电子器件，主要用于接收微弱信号并 进行放大。在无线通信、雷达、电子战等领域中，低噪声放大器被广泛应用于 提高信号的信噪比，从而提高接收系统的灵敏度和性能。
低噪声放大器的性能指标
总结词
低噪声放大器的性能指标主要包括增益、噪声系数、线性度等。
详细描述
增益是低噪声放大器的重要指标，表示放大器对输入信号的放大倍数。噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要 参数，表示信号在放大过程中引入的噪声量。线性度则表示放大器在放大信号时保持信号不失真的能力。
采取电磁屏蔽、滤波等措施， 减小外部噪声对放大器性能的 影响。
降低闪烁噪声
采用适当的偏置条件和频率补 偿，降低闪烁噪声的影响。
03
CATALOGUE
低噪声放大器的电路设计
晶体管的选择
总结词
晶体管的选择是低噪声放大器设计的关 键，需要考虑其噪声性能、增益、稳定 性等参数。
VS
详细描述
在选择晶体管时，需要考虑其噪声性能， 通常选用低噪声晶体管以减小放大器的噪 声。同时，需要考虑晶体管的增益，以保 证放大器能够提供足够的增益。此外，稳 定性也是需要考虑的一个重要参数，以确 保放大器在工作时不会发生振荡或失真。
匹配网络的设计
总结词
匹配网络的设计对于低噪声放大器的性能至 关重要，其主要作用是减小信号反射和减小 噪声。
详细描述
匹配网络是低噪声放大器中不可或缺的一部 分，其主要作用是减小信号反射和减小噪声 。设计时需要考虑阻抗匹配和噪声匹配，以 使信号尽可能少地反射回源端，同时减小放 大器的噪声。常用的匹配网络有LC匹配网络 、微带线匹配网络等。
《低噪声放大器设 计》ppt课件
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CDMA 基站中低噪声放大器设计
随着移动通信的普及,移动通信设备商之间竞争也更加激烈;各大通信巨头为了抢夺市场,不断提高基站的性能,降低基站的价格;低噪声放大器是基站接收机的第一级,图1 是典型的基站结构示意图,从图中可以看到低噪声放大器位于接收机的最前端,因此对基站接收机来说,低噪声放大器是十分关键的部件,它直接影响到整个接收链路的信噪比,对提高基站灵敏度有决定性影响。
安捷伦公司的 A TF54143 是一种增强型伪高电子迁移率晶体管,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,该晶体管最显着的特点是低噪声,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450 MHz ～6 GHz 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。
图 1 基站结构示意图 1 仿真设计本文采用安捷伦公司的 A TF54143 设计低噪声放大器,该低噪声放大器主要指标为: 在810～850 MHz 范围内达到增益大于17 dB ,噪声系数小于018 ,输入回波损耗大于15 dB ,输出回波损耗大于12 dB ,输出三阶交调系数大于27 dBm。
1.1 晶体管模型低噪声放大器通常会在源极加电感来增加稳定性,稳定性设计对于任何放大器都是必需的,没有设计成绝对稳定的放大器不能应用到产品中去的;影响低噪声放大器稳定性的因素有很多,其中源极电感是其中之一。
图2 是未加源极电感的FET 晶体管的等效原理图。
图2 未加源极电感的FET 等效原理图由图可知输入等效阻抗的表达式为式(1) :图3 是加上源极电感的FET 等效原理图。
图3 添加源极电感的FET 等效图从原理图中可知输入等效阻抗表达式(2) 为:加入源极电感不仅改善稳定性,也能改善输入输出匹配与噪声系数,是设计低噪声放大器非常重要的方法。
1.2 电路原理图根据原理图,利用ADS 对电路进行S 参数仿真,为了提高仿真的准确性,电路元器件都采用了厂商提供的等效模型,同时将Rogers 的板材特性参数代入微带线模型中。
图4 是用于ADS 的仿真原理图。
图4 仿真原理图通过ADS 仿真及最后的实际电路测试,我们发现该低噪声放大器能够较好的满足设计要求。
图5是实际测试结果图。
图中可以看出,实际测试数据与仿真结果比较一致。
1.3 仿真测量结果根据技术指标要求,利用安捷伦的高级设计系统软件仿真了工作频段在810～850 MHz 范围的低噪声放大器,采用ROGES 公司的高频线路板,介电常数为3148 ,厚度为20 mil ;仿真结果如图,从仿真2 低噪声放大器的调试结果按照仿真结果,制成了PCB 样板并通过网络分析仪测试S 参数与噪声测试见图6 。
图5 是低噪声放大器的实物图。
表 2 是实测数据,从实测数据中可以看到,低噪声放大器是绝对稳定的,且在带内增益达到1815 dB 以上,输入回波损耗20 dB 以上,输出回波损耗为15 dB 左右, 噪声系数维持在0185 dB ,实测数据与仿真数据并无太大差异,这也证明了仿真方法的正确性。
结果可以看出低噪声放大器的增益大于18 dB ,噪声系数小于018 ,输入回波损耗大于15 dB ,输出回波损耗大于12 dB。
表1 仿真数据2 低噪声放大器的调试结果按照仿真结果,制成了PCB 样板并通过网络分析仪测试S 参数与噪声测试见图6 。
图5 是低噪声放大器的实物图。
表2 是实测数据,从实测数据中可以看到,低噪声放大器是绝对稳定的,且在带内增益达到1815 dB 以上,输入回波损耗20 dB 以上,输出回波损耗为15 dB 左右, 噪声系数维持在0185 dB ,实测数据与仿真数据并无太大差异,这也证明了仿真方法的正确性。
表2 实测数据图5 低噪声放大器实物图6 低噪声放大器S 参数测量图从测试结果来看,低噪声放大器的指标已基本符合CDMA 基站对第一级放大器的要求,考虑到实际应用中电子产品的特性会随环境温度变化而变化,因此对低噪声放大器进行温度特性测试是下一步工作,也是设计产品不可缺少的一环。
3 结束语低噪声放大器是基站接收机中的关键器件之一; 本文采用安捷伦公司的先进设计系统与A TF54143 ,通过对噪声系数与输入回波损耗的折中设计,进行共轭匹配,成功设计出低噪声放大器。
其工作频段的性能参数为:噪声系数为0185 ,P1 dB约为16 dBm ,输入回波损耗大于20 ,输出回波损耗大于14 ,增益保持在18 dB 以上。
得到了最终的版图并且
对其进行测量,并经过高低温与差异性测试,证明其完全能应用到实际产品中,目前准备应用于杭州某通信公司的产品中。