低噪声放大器的仿真设计
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。
基于ADS的低噪声放大器的仿真设计

情况 下 , 测量 出输 出功率 P , 1然后再 接入放 大器后 测量 出 P , 据公式箅 出功率增 益 G=P / 1 2根 2P . L A的增益应 当适 中, 益若太 大 , N 增 会导 致下级 混频器 输入 过大而 失真 ; 增益 若 太小 则不 利 于抑 制各 级后
续放 大器 的噪声 .
噪声 系数 N ( F 单位 :B 通 常表示 为 : o) N (B =11 F F d ) 0
() 2
2 2功率增益 ( ) . G 现实 中 , N L A的功率 增益 通常是指 信源 和负载 都是 5 准 阻抗情 况 下实 测 的增 益 . 在 没有 放 大器 的 0n标 先
C , T
N ot 0 F: ̄ ul u 3
() 1
其 中,i,o t Sn Su 分别 为输 入 、 出端 的信号功 率 ; i, ot 别为输 入 、 出端 的噪声 功率 . 输 Nn N u 分 输 噪声 系数 实 际的含 义 就是 : 当信 号通 过 放大 器时 , 受放 大 器 自身 噪声 的影 响 , 噪 比要 下 降 , 信 噪声 系数就 是 此时信 噪 比下 降 的倍 数 .
俊 (92 , , 西 宜丰 人 , 师 , 究 方 向 : 信技 术 、 算机 网络 18 一) 男 江 讲 研 通 计
4 2 ・
罗 俊 易亚军
姚
波: 基于 A S的低噪声放 大器的仿真设计 D
了动 态范 围的 上限 , 而噪 声性 能决定 了动 态 范 围的下 限 . 防止 大信 号输 入产 生 非线 性 失 真 的情况 , 般 应选 为 一
改造 , 过 A S软 件 对 低噪 声放 大 器进 行 仿 真 , 通 D 然后 对 改 造 后 的 放 大 器 的稳 定 性 、 声 系数 进 行 分 析 . 噪 关键 词 : E 200 ;低 噪 声放 大 器 ;噪 声 系数 N 3 1S 1
低噪声放大器的仿真设计

数。 下式 给 出 了多级 放 大 器噪 声 系 数 公式 。
=
Ⅳ,+ l
, +
G +. () . 2 ・
1 3动态 范围 . 动 态 范 围的 定 义是 : NA输 入信 号 允 L 许 的 最 小 功 率 和 最 大 功 率 的 范 围 。 线性 非 指标 限制 了动 态 范 围 的上 限 而 下 限则 取 决 于 它的 噪 声性 能 。 当放 大 器的 噪 声 系数 Ⅳ ,
低 噪 声 放 大 器 处 于 接 收 机 的 最 前 端 , 噪 声 功率 ; 。 输 出 端 的 信 号 功 率 , 为 是 接 收 机的 第 一 级 有 源 电 路 。 噪 放 的 主 为 输 出端 噪 声 功率 。 低 要作 用 是 放 大射 频 前 端 的 天 线 接收 到的 信 1 2L A工作 带宽及增 益 . N 号 , 低 干扰 噪 声 , 降 以供 接 受 系 统 解调 出所 工 作带 宽是 指 功 率 增 益 满 足 平 坦 度 要 需的信号 。 求 以 及 噪 声 系 数 满 足 要 求 的 的 频 带 范 围。 功 率 增 益 是指 信 号 源和 负载 都 是 5 0 Q 标 准 阻 抗时 的实 测 增 益 。 际 测量 时 , 用 实 常 1 LA N 主要 技术指标 1 1L A噪声 系数和 噪声温 度 . N 功 率 计 先 测 出信 号 源 的 功率 ; 后 将 放 然 放 大 器 的 噪 声 系 数 由 公 式 () 义 如 大 器 接 到 信 号 源 上 , 放 大 器 输 出 功 率 1定 再
SCI ENCE & TE CHNOLOGY NF J ORMAT1 0N
工 程 术
低噪声放大器 的仿真设计①
周 伟 中 ( 南交通大 学电磁场 与微波技术 研究所 四川成都 6 0 1 西 1 3 ) 0
低噪声放大器的设计与仿真

De i n a d i ul to fl w ie 8 2p i e sg n sm a i n o o no s 1 lf r 1 i
YANG n - i Yo g hu
( Din Un m , ’ 710 1 hn Xi a &e Xi册 0 7 ,C ia)
cr u tfr rt e e mac ig n t o k . h t o s u e n t i d sg i l n ld h tt e s l f e tn n o i i o ms f h s th n e w r s T e meh d s d i h s e i ma ny i cu e t a h ma li u i g b x c o n n a d te f n s a e h r l e p a e rl n t e p ne i u t o r w ih a e o r a i i c n e i ic i d sg . n h a —h p d s o t i l y t o l i h r td cr i b a d, h c r f e t g f a c n RF cru t e i n -n h s i c g sn i
第 1 8卷 第 7期
V 11 o .8
No7 .
电 子 设 计 工 程
El cr ni sg g n ei g e to c De in En i e rn
21 0 0年 7月
J12 1 u. 0 0
低噪声放大器的设计 与仿真
杨 永 辉 ( 西安 来自子 科技 大 学 陕西 西 安 7 0 7 ) 1 0 1
应用. 同时 指 出 结构 尺 寸 设 计 的 理论 依 据 。最 终 以 图形 方式 给 出满足 指标 要 求 的 设 计 结 果 。 关键 词 : 噪 声 放 大器 ; 收 机 ; 声 系数 ;匹配 网络 低 接 噪 中 图分 类 号 : N 5 . T 8 08 文 献 标 识 码 : A 文章 编 号 :6 4 6 3 ( 0 0 0 — 2 0 0 17 — 2 62 1 )7 0 0 —4
一款32~38 GHz毫米波宽带低噪声放大器的仿真设计

0引言(Low Noise Amplifier,LNA)、、[1-3]。
,LNA、[4]。
1。
,。
(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,PHEMT),:、、、、、[5,6]。
图1射频接收机前端链路框图一款32~38GHz毫米波宽带低噪声放大器的仿真设计单伟袁航钟思洁郑晓赵梦薇(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610213)【摘要】毫米波电子系统在雷达与卫星通信、电子对抗、遥测遥感、航天测控等通信接收系统领域有着广泛的应用。
其中,低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)作为毫米波通信系统前端接收机的第一级关键电路,在工作带宽内将前端接收到的微弱信号进行放大,并在抑制信号噪声干扰、降低噪声系数,提高接收灵敏度起着至关重要的作用。
文章研究设计了一款工作频率范围为32~38GHz的低噪声放大器,该放大器采用赝同晶型高电子迁移率晶体管(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,PHEMT)三级级联的电路结构,并采用自偏压供电。
在级联的输入端通过匹配网络实现最佳噪声反射系数,在级联的输出端通过匹配电路保证高增益和最大功率传输。
末级利用高通滤波器实现增益平坦性,利用电阻网络调节输出驻波比。
通过仿真分析表明,该低噪声放大器在32~38GHz工作频率范围内的噪声系数NF≤2dB,带内增益G≥20.5dB,输入与输出回波损耗RL≤9.5dB。
【关键词】毫米波;低噪声放大器;带宽;收发机中图分类号:TN80文献标识码:A DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2021.12.35【Abstract】The millimeter wave electronic system has a wide range of applications in the field of communication receiving systems such as radar and satellite communications,electronic countermeasures,telemetry and remote sensing,and aerospace measurement and control.Among them,the Low Noise Amplifier(LNA),as the first-stage key circuit of the front-end receiver of the millimeter wave communication system,amplifies the weak signal received by the front-end within the working bandwidth.And it plays a vital role in suppressing signal noise interference, reducing noise figure,and improving receiving sensitivity.This paper studies and designs a low-noise amplifier with a working frequency band of32~38GHz.The amplifier adopts a three-stage cascade circuit structure of Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor(PHEMT)tubes and uses self-bias to supply power.The best noise reflection coefficient is achieved through a matching network at the input end of the cascade,additionally,high gain and maximum power transmission are ensured through a matching circuit at the output end of the cascade.The final stage uses a high-pass filter to achieve gain flatness,and a resistor network is used to adjust the output standing wave ratio.Simulation analysis shows that the low-noise amplifier has a noise figure NF≤4.5dB,in-band gain G≥20dB, and input and output return loss RL≤-10dB in the32~38GHz working frequency range.【Key words】Millimeter wave;Bandwidth;Low noise amplifier;Transceiver作者简介:单伟(1993—),男,汉族,硕士研究生,助理工程师,从事核仪表系统技术、微波毫米波电路系统的研究。
基于ADS低噪声放大器设计及仿真

基于ADS低噪声放大器设计及仿真ADS是一种电路仿真工具,可用于设计和仿真电子电路。
低噪声放大器在许多应用中非常重要,特别是在无线通信和信号处理中。
本文将介绍如何基于ADS进行低噪声放大器的设计和仿真。
首先,需要明确低噪声放大器的设计目标和性能指标。
低噪声放大器的主要目标是提供高增益和低噪声,以传输和放大信号时尽可能降低噪声干扰。
因此,设计低噪声放大器的时候需要考虑以下指标:1.增益:放大器应具有足够的增益来放大信号,使其达到所需的信号水平。
2.噪声系数:噪声系数是一种量化噪声性能的指标,它表征了放大器引入的噪声功率与输入信号功率之比。
低噪声放大器应该具有较低的噪声系数以降低信号的噪声干扰。
3.带宽:放大器的带宽决定了它能够传输的频率范围。
对于无线通信和信号处理应用,放大器需要具有足够宽的带宽来传输高频信号。
设计低噪声放大器的第一步是选择适当的放大器拓扑结构。
常见的低噪声放大器拓扑结构包括共源极、共栅极和共基极。
在ADS中,可以使用S参数模型来模拟这些拓扑结构,并进行频率和噪声分析。
在选择了适当的拓扑结构之后,需要设计放大器的电路参数,如电流源偏置、电流源阻抗以及电容。
这些参数将直接影响放大器的性能。
接下来,使用ADS进行电路仿真。
可以将放大器的电路图导入ADS,并添加合适的仿真器和分析器。
一般来说,需要进行频率响应、增益和噪声分析。
在进行噪声分析时,需要输入合适的噪声模型,并设置合适的参数。
仿真完了之后,可以通过改变电路参数和拓扑结构来优化低噪声放大器的性能。
一般来说,可以尝试改变电容和电流源的值,以及优化电流源阻抗和偏置电流。
最后,可以根据仿真结果进行实际电路的制作和测试。
由于ADS可以生成精确的电路参数和特性,因此可以根据仿真结果进行电路制造,并通过实验进行性能验证。
综上所述,基于ADS进行低噪声放大器的设计和仿真可以帮助工程师优化放大器的性能,以满足特定应用的需求。
通过合理选择拓扑结构、优化电路参数和进行全面的电路仿真,可以设计出具有高增益和低噪声的低噪声放大器。
基于ADS仿真的宽频带低噪声放大器设计

( o eeo f m t na dC m n a o ni eig H ri nier gU ie i , abn10 0 , h a C lg f n r ai n o mui t nE g er , abnE g e n nvrt H ri 50 1 C i ) l Io o ci n n n i sy n
用不对称微带十字型结分别对输入 、 出电路进 行阻抗匹配 , 输 再通过 电磁仿真 软件 A S仿 真 、 化. 真结 果 D 优 仿
显 示 , 放 大器 在 8—1 H 的 频 带 范 围 内满 足 噪 声 系数 、 益 和驻 波 比的要 求 . 该 4G z 增
关键词 : 噪声放大器 ( N ) A S仿真 ; 低 L A ;D 宽频带 ; 阻抗 匹配 中图分类号 :N 2 . T 723 文献标识码 : A 文章编号 : 0 6 1 (0 1 1 0 3 0 1 9— 7 X 2 1 )0 — 0 4— 5 0
d sg e h ei p ta d o t tn t r swe e mac e y usn h s mmer rsc o skn to co ti e i d.T n u n upu ewo k r t h d b i g t ea y n ty c s r s o fmir srp.Atl s i a t t e d sg e mp i e ssmu a e n p i z d b sngt e ee to g tcsmu ai n s fwa e ADS.T e sm— h e i n d a lf rwa i l td a d o t i mie y u i h l cr ma nei i lto ot r h i u ain r s l h w h tt e a lf rme t h e u r d p roma e o os g r lto e u t s o t a h mp i e es t e r q ie e r nc fn ie f u e.g i n W R n a r n e s i f i a n a d VS i a g r m fo 8 GHzt 4 GHz o l .
S波段低噪声放大器的ADS仿真与设计

=
) I .I S I , I < 1 - I s I
低 噪 声 放 大 器 的 仿 真 设 计 过 程
系统 主要 的组成模 块如 图1 所
改 善 其 稳 定 性 。最 终 稳 定 性 如 图 3 所
i : l 其中 ,A=
入 匹 配 网 络 确 定 .但 又 受 有 源 器 件 及 设 计 电路 如 图4 所示。
H M C7l S LP3。
仿 真结果 如图5 所 下转4 5
、 ^ , 、 ^ , 、 Ⅳ . e e p w. c o n r . c n 2 0 1 3 . 2 运 孑崖品 啦幂 3 8# ・ /
凌 威 第 测 试 测 量
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责任编辑 :万狮
者 .则采 用 上 一次 的搜 索 路 径 。
后 ,DS 1 8 B 2 0 会 返 回9 组 数 据 ,其 中 温 度 及 风 扇 转 速 , 控 制 直 流 风 扇 降
在 此 有 两 点 需 要 注 意 : 一 是 网 第 一 组 数 据 的 低 4 位 代 表 温 度 小 数 部 温 ,直 观 、实 用 ,效 果 令 人 满 意 。 络 上从机发 回的位数据呈 “ 线 与 ” 关 分 ,换 言 之 ,即 是 把 l 度分解为 1 6 个4 系 :二 是 DS 1 8 B 2 0 中6 4 位I D码 分 别 标 位 二 进 制 数 来 表 示 , 则温 度 小 数 部 分 结 论
滤 波 ,第 一 级 放 大 器 选 用 A TF 3 8 1 4 3 晶 体 管 ,并 通 过 A DS 软 件 仿 真 设 计 匹
噪 声 分 析 和 匹 配 电路 设 计 。 考 虑 到 系 统 需 要 最 佳 噪 声 , 因此 在第 一 级
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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。
6.为了保证信号通带内的良好传输,通带内的纹波损耗尽量降低,本次设计将降低到-15dB以下。
7.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,由晶体管小信号模型可知,减小偏置电流的结果是晶体管的特征频率降低。
在集成电路中,增大晶体管的面积使极间电容增加也降低了特性频率。
LNA 的带宽不仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围,而且还要求全频带内噪声要满足要求,并给出各频点的噪声系数。
动态范围的上限是受非线性指标限制,有时候要求更加严格些,则定义为放大器非线性特性达到指定三阶交调系数时的输入功率值。
8.增益
根据线型网络输入、输出端阻抗的匹配情况,有三种放大器增益:工作功率增益GP(operating power gain) 、转换功率增益GT(transducer power gain)、资用功率增益GA(available power gain)。
低噪声放大器的增益要适中,太大会使下级混频器输入太大,产生失真。
但为了抑制后面各级的噪声对系统的影响,其增益又不能太小。
放大器的增益首先与管子跨导有关,跨导直接由工作点的电流决定。
其次放大器的增益还与负载有关。
低噪声放大器大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,以此增益G 要下降。
噪声最佳匹配情况下的增益成为相关增益。
通常,相关增益比最大增益大约低2-4dB。
增益平坦度是指功率最大增益与最小增益之差,它用来描述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。
四、基本设计步骤
1.晶体管直流工作点扫描
2、晶体管S参数扫描(sp模型)
3、SP模型仿真设计(构建原理电路) 3.1输入匹配设计
3.2输出匹配设计
4、优化设计
图中存在一定频偏,需要进行调谐。
5、调谐
调谐的参数设置如下。
6再次仿真
该步需要与第5步同时进行,即需要边调谐边仿真,直道仿真结果达到要求。
频偏减少,数据得到优化
7、Layout版图
版图生成后要观察是否有过于细小的微带线,一般实验室的化学腐蚀或光腐蚀工艺对宽度<15mil的制作存在困难,所以应当尽量避免过窄的微带线。
9、生成PCB版图并制作PCB板。
五、心得体会
在这次实验中,我学到很多东西,加强了我的动手能力,并且培养了我的独立思考能力。
特别是在做实验报告时,因为在做数据处理时出现很多问题,如果
不解决的话,将会很难的继续下去。
低噪声微波放大器(LNA)已广泛应用于微波通信、GPS 接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中,是必不可少的重要电路。
低噪声放大器位于射频接收系统的前端,其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,它的线性度将对整个系统的线性度和共模噪声抑制比产生重要影响。
对低噪声放大器的基本要求是:噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定性好、足够的带宽和大的动态范围。
实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛。