一种低噪放多级匹配网络的设计与仿真
X波段低噪声放大器的设计与仿真
Design and Simulation of an X-Band Low Noise Amplifier
PAN An1，2 ，CHENG Hao1 ，GE Junxiang1，2 （ 1． Jiangsu Technology ＆ Engineering Center of Metcorological Sensor Network， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044，China） （ 2． Nanjing Xinda Electronic Technology Company Limited， Nanjing 210061，China）
噪声系数 / dB
NF≤0． 55
增益 / dB
G≥20
增益平坦度优于 / dB ±0． 5
输入输出驻波比 VSWＲ≤1． 5
根据上述指标要求，从以下几个方面进行考虑和
设计。
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2014，36（ 1）
现代雷达
2． 1 器件选取与直流偏置电路设计 对于低噪声放大器而言，首先进行放大管的选取。
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。
低噪放设计
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。
一种低噪放多级匹配网络的设计与仿真
一种低噪放多级匹配网络的设计与仿真摘要：随着科学技术的不断发展，我国人民的生活因此发生了翻天覆地的变化。
其中通讯方面的变化是尤其迅速且明显的。
现在无线电通讯技术已经发展到了一定的水平，而且在航空航天、军事、农业等多种领域中的应用也相对比较完善了。
低噪声放大器、功率放大器等都是无线通讯系统中非常重要的一部分构建，所以对于她们的研究我们必须加以重视，否则应用无线电技术的这几个行业的发展也会在不同程度上受到影响。
但事实匹配网络是其中比较重要的问题，因为匹配网络直接会影响到低噪放的增益、噪声系数、宽带等重要指标。
但是这些指标的控制管理在它的设计和仿真过程中，所以本文中我们就将针对一种低噪放多级匹配网络的设计和仿真进行深入的探讨研究来帮助大家很好地认识低噪放多级匹配网络相关方面的知识。
关键词：低噪声放大器；匹配网络；噪声系数；设计；仿真无限通讯系统中各个部件对于整体运行的影响都是不容忽略的，但是对于这些部件的主要研究方向还应该是匹配网络的问题，网络匹配直接影响通讯系统运行的的质量，所以对于各个行业的发展的影响也是不容小觑的，我们应该加以重视，才能更好地促进我国通讯系统的发展。
低噪放多级匹配的设计仿真环节就是其中非常重要的一个过程，可以直接影响最终的通讯效果，所以接下来我们就来具体探讨分析一下。
一.低噪放多级匹配网络设计开发的必要性现在通讯技术虽然已经发展到一定的水平，但其实通讯质量还是受到很多因素的影响，所以要保证通讯技术的发展，对于其中各种部件的网络匹配问题就应该加以关注。
但是之前的网络匹配技术已经不能满足人们对于现在通讯质量的高要求了，所以我们要进行低噪放多级匹配网络的设计开发，这种技术可以更好地保障通讯技术的发展和提高。
二.低噪放多级匹配网络的设计低噪放多级匹配网络的设计现在已经成为保障通讯质量的一种有利方法，但是我们在设计中究竟应该应用怎么样的设计才能达到更好的效果。
接下来我们就来认真的探讨分析一下，各种低噪放多级匹配网络设计方法的不同之处。
2.4GHz低噪声放大器(LNA)的设计与仿真
2.4GHz低噪声放大器(LNA)的设计与仿真
沈晋
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2009(000)027
【摘要】本文介绍了一种低噪声放大器(LNA)的设计与仿真,采用场效应管ATF-35143作为放大管,在增益和噪声之间折中选择,并做出良好的匹配,使LNA增益较高,噪声较小.
【总页数】2页(P73-74)
【作者】沈晋
【作者单位】浙江同济科技职业学院,浙江,杭州,311231;杭州电子科技大学,浙江,杭州,310018
【正文语种】中文
【相关文献】
1.400MHz～
2.4GHz宽带低噪声放大器设计 [J], 张博;张加傲
2.2.4GHz低噪声放大器的设计 [J], 杨虹;袁喆
3.2.4GHz 0.18μm CMOS射频低噪声放大器的设计 [J], 叶有祥;周盛华;李海华
4.400MHz～2.4GHz宽带低噪声放大器设计 [J], 张博;张加傲
5.2.2～2.4GHz低噪声放大器的设计与仿真 [J], 王克依;汪旭峰
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一种低功耗、线性的超宽带低噪声放大器设计技术
一种低功耗、线性的超宽带低噪声放大器设计技术张恒、范晓华摘要这次工作使用一个有源非线性电阻为高频宽带的应用提出了一种实用的线性技术，并用沃特拉级数分析了它的性能。
这种线性技术是使用了一个宽带共栅低噪声放大器，并另外用两个参考的设计去评价这种线性技术，一个标准的共栅低噪声放大器（非线性）和一个单管晶体管的共栅低噪声放大器。
这个单管晶体管的共栅低噪声放大器在带宽为3~11GHz时，IIP3达到+6.5~+9.5dBm，最大增益可达10dB，最小噪声系数可达2.9dB。
这个低噪声放大器以1.3V 的激励源供能时功耗为 2.4mW。
共栅共源线性低噪声放大器在带宽为1.5~8.1GHz时，IIP3可达+11.7~14.1dBm，最大增益可达11.6dB，最小噪声系数可达3.6dB，它以1.3V的激励供能时，功耗为2.62mW。
实验的结果表明，在2.5~10GHz的频率范围里，这种线性技术把共栅共源低噪声放大器的IIP3从3.5dB改善到了9dB。
关键词·高频线性、单级、超宽带、低噪声放大器、共栅、低功耗、RF1、介绍对可重新设置的多频带/多规格和超宽带收发机的增加的研究已经点燃人们对宽频低噪放设计不断增加的兴趣。
一个宽频低噪放必须提供好的输入匹配，高度的线性和低的噪声系数，通过多种GHz带宽，当消耗很少的功耗和晶圆面积。
为了实现宽频阻抗匹配，一个基于带通滤波器的寄生电感共源CMOS低噪放和一个锗硅共射低噪放已经分别在参考文献[1]和[2]提出。
这种基于带通滤波器的超宽带共源低噪声放大器第一次在参考文献[3]中被提出来，与超宽带共源低噪声放大器相比，它的功耗降低了，线性度也改善了。
然而，大量的电感需要用去大量的晶圆面积，并且会增加噪声系数[1]-[3]。
使用一个共栅（CG）晶体管作为输入匹配在[4]-[7]中被提出来，但是附加共源级会消耗更多的功率，也会降低线性度。
有一种差分式的超宽带共源低噪声放大器采用电容交叉耦合的方式以减少噪声系数（NF）[8]，但是这种交叉耦合会增加并联RCL输入网络的品质因数，减少匹配的带宽（BW）。
一种卫星导航接收机低噪放的设计与实现
6期
谢
超等 : 一种卫星导 航接收机低噪放的设计与实现
91
图1
S 参数初步仿真结果
图 2 调整平坦度后的增益、 噪声系数和稳定性的仿真结果
3 . 4 电路实现和性能验证 下一步的工作是根据原理图实现电路, 并对各 项性能进行测试验证。 其增益仿真结果和实测结 果的对比如图 3 所 示 , 左边图为仿真结果 , 右边为实测结果。测试使用 了 A gilent E8362B 矢量网络分析仪, 实测数据保存 为 S2P文件后 , 在 PC 机上利用 ADS 软件绘图 , 增益 的波动是由于相对带宽较宽 , 矢量网络分析仪测试 端口不能完全匹配, 而造成的测量误差。
图 3 仿真和实测数据对比
( 下转第 94 页 )
94
微
处
理
机
2009 年
/ / Interrupt Serv ice Routines / /- - - - - - - - - - - - - - - - - - -
P2_1= 0 ; if( tem _period= = 0) { tem _perio d= set_period ; / /恢 复中断计数值 counter_dec( ); / /计数减 1 } } TH 0 = 0x38 ; / / In it T i m er0 H igh reg ister TL0 = 0x9; f / / Init T i m er0 L ow reg ister } 在软件开发方面 , 由于其内部带有 2K 内部数 字存储器 , 内存资源使用上比较充裕, 便于大量数学 运算 , 32KB 的程序存储器也具有充足的使用空间, 此外其执行速度比标准 51 单片机提高了 12 倍, 使 得程序的执行速度有很大提高。
一种10GHz低噪声放大器的设计
起的噪声称为 散粒噪声或散弹噪 声。
分配噪声: 注入 基区的少数载流子 在
基 区 的 复 合 是 随 机 的 。从 而 使 发 射 极电 流
I E 分配成 I C 和 I B 而 得到 的 I C 也 随着基区
载 流 子 复 合 数 量 的 变 化 而 变 化 。这 种 变 化
引起的噪声称 为分配噪声。
结 构 、 测试 过 程 和 实 测 数 据 。
关键词 : 低 噪声 放大器 S 参数 匹配
中图分 类号: TB5 3
文献标识码 : A
文章编号: 16 72 - 3 7 91 ( 2 00 8) 05 ( b ) - 00 19 - 0大器的一项重要的性能
指标 , 因 此 , 从 放大 器 的 整体 电 路 考 虑, 研
闪烁噪声: 可认 为热的产生与复合 过
程 中 偶 数 发 生 的 本 性 。他 的 大 小 与 半导 体
材料以及 其表面清洁 处理及漏电 流有关。
噪 声 频谱 与 F 成 反 比, 这 种噪 声 主 要 在 低
频范围 内产生影响 。
1 . 2 噪声系 数定义
噪 声系 数 N F 的 定义 : 当规 定 输 入端 温
究 放 大 器 的 噪 声 系 数, 以 及 放大 器 的 噪 声
系 数 与 源 阻 抗 的 关 系, 对 于 实际 放 大 器 的
设计是非常有 实用价值的。
1 . 1 噪声分类
热 噪声 : 由 于晶 体 管 存 在 着 基区 电 阻 ,
电 子 的 热 运动 会 产 生 较 大 的 噪 声 。 而 发 射
计放大器 时可以采用适当的匹配网络, 是 从 晶体管( 在 工作 频率) 看 到的正 是这个 ( 所 要 的 ) 信号 源 电阻 。 遗憾 的 是, 产 生 最大 增 益 的 信 号 源 电 阻 的 值 并 不 是产 生 最 小 噪 声 系数的那个值。因而找最小噪声系数设计 的 放 大 器 的 增 益 要 比 所 选 的管 子 能 给 的 最 大 增 益 低 一 些 。 通常 , 在 获 得 最 小 噪 声 系 数 时 的 增 益 会 比 最 大 增 益 有 所 下 降 , 可以 在后 面的高增益级中把它 弥补过来。
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一种低噪放多级匹配网络的设计与仿真
摘要：随着科学技术的不断发展，我国人民的生活因此发生了翻天覆地的变化。
其中通讯方面的变化是尤其迅速且明显的。
现在无线电通讯技术已经发展到了一
定的水平，而且在航空航天、军事、农业等多种领域中的应用也相对比较完善了。
低噪声放大器、功率放大器等都是无线通讯系统中非常重要的一部分构建，所以
对于她们的研究我们必须加以重视，否则应用无线电技术的这几个行业的发展也
会在不同程度上受到影响。
但事实匹配网络是其中比较重要的问题，因为匹配网
络直接会影响到低噪放的增益、噪声系数、宽带等重要指标。
但是这些指标的控
制管理在它的设计和仿真过程中，所以本文中我们就将针对一种低噪放多级匹配
网络的设计和仿真进行深入的探讨研究来帮助大家很好地认识低噪放多级匹配网
络相关方面的知识。
关键词：低噪声放大器；匹配网络；噪声系数；设计；仿真
无限通讯系统中各个部件对于整体运行的影响都是不容忽略的，但是对于这
些部件的主要研究方向还应该是匹配网络的问题，网络匹配直接影响通讯系统运
行的的质量，所以对于各个行业的发展的影响也是不容小觑的，我们应该加以重视，才能更好地促进我国通讯系统的发展。
低噪放多级匹配的设计仿真环节就是
其中非常重要的一个过程，可以直接影响最终的通讯效果，所以接下来我们就来
具体探讨分析一下。
一.低噪放多级匹配网络设计开发的必要性
现在通讯技术虽然已经发展到一定的水平，但其实通讯质量还是受到很多因
素的影响，所以要保证通讯技术的发展，对于其中各种部件的网络匹配问题就应
该加以关注。
但是之前的网络匹配技术已经不能满足人们对于现在通讯质量的高
要求了，所以我们要进行低噪放多级匹配网络的设计开发，这种技术可以更好地
保障通讯技术的发展和提高。
二.低噪放多级匹配网络的设计
低噪放多级匹配网络的设计现在已经成为保障通讯质量的一种有利方法，但
是我们在设计中究竟应该应用怎么样的设计才能达到更好的效果。
接下来我们就
来认真的探讨分析一下，各种低噪放多级匹配网络设计方法的不同之处。
（一）单向设计
低噪放多级匹配网络设计中比较原始的一种设计就是单向设计。
这种设计也
是使功率增益最大化使用共轭匹配。
这种匹配虽然比较简单也可以在一定程度上
达到通讯的目的，但是各个网络匹配之间互相影响非常大，通讯质量就会受到很
大的影响。
设计指标的准确度也会因此受到很大的影响，最终优化仿真方面的工
作负担也会因此加重，所以现在各种通讯系统中单向设计的应用现在逐渐被别的
设计所取代了。
（二）常规双向设计
相较于单向设计，常规的双向设计现在的应用是相对比较多的，因为这种设
计可以更好地保证通讯质量。
因为它同时设计了IMN和OMN可以很好地避免单
项设计中匹配指标退化的缺点。
但是相较于单向设计，常规双向设计中涉及到的
指标以及内容都是非常复杂的，因为它需要对双向设计中的噪声增益等方面分别
进行处理操作起来不太便利的，而且是比较复杂的。
所以双向设计也不是一种完
美的办法。
三.最佳阻抗匹配仿真法
单向设计和双向设计都有一定的缺陷不能满足现在人们对于通讯质量的高要求，以及通讯质量处理器使用的简捷性。
但是最佳阻抗匹配仿真法可以很好地解
决这一问题。
这种方法综合考虑到了多重因素比如：反射系数、噪声系数、输出
绝对功率和稳定性等多方面的指标。
并经过设置优化参数、设置优化目标、优化
仿真等步骤进行匹配网络。
这种方法相较于前两种方法既避免了单向设计中匹配
网络之间的相互影响又简化了整个环节是一种两全其美的好办法，所以现在在通
讯系统部件的匹配网络中应用是相对比较多的。
四.低噪放多级匹配网络的设计与仿真过程分析
上文中我们了解了低噪放多级匹配网络设计和仿真中设计方法之间的不同之处，最终也确定了到最佳阻抗匹配仿真法在通讯系统应用的适用性。
那么整个低
噪放多级匹配网络的设计与仿真过程是怎样的呢？接下来我们认真的了解一下。
（一）了解低噪放的基本结构
我们要对低噪放进行匹配网络，首先我们必须对他都基本结构有所了解，这
样我们才可以更加游刃有余地进行匹配网络。
因为低噪放中有一些放大器所以部
件分为一级、二级、三级的这些不同级别进行工作所需的网络设置也是有所不同的，所以我们必须根据不同的情况需求来进行网络匹配。
不同情况的分析有来自
我们对于低噪放运行情况的分析，所以我们必须对低噪放的基本构造有一个深入
的了解，这样才可以精确定位，完成最终的匹配网络的工作。
当然网多级放大器
的稳定性也是需要保证的，这样我们的定位工作才能受到更小的影响，情况评估
也会更加精确。
（二）输入匹配网络设计
首先我们应该先进行第一级网络匹配，在这一过程中要进行优化目标。
优化
目标中也有主优化目标和附加优化目标都应该加以注意。
在第一级网络匹配中对
于噪声系数的参考是比较多的，所以应该尽可能保证较小的噪声系数，同时增益
也应该加以兼顾。
（三）中间级和输出级网络匹配的设计
因为部件中各类放大器一般是分为三级的，所以第一级匹配网络之后，我们
就应该考虑中间级和输出级的网络匹配设计。
设置方法与第一级大致相同，但是
为了获得良好的线性度，直流偏置点有所不同。
（四）仿真结果分析和讨论
应用最佳阻抗匹配仿真法之后，因为各类指标系数是比较固定的。
所以对仿
真结果对比发现噪声系数、输入反射系数、输出反射系数等都是非常符合标准的。
这也进一步证明了最佳阻抗匹配仿真方法基本满足了人们的设计要求，是比较适
用的。
五.小结
现在是信息化时代，通讯系统在各个领域中的应用都是非常深入的，对各个
行业的发展起着非常重要的作用，所以提高通讯质量是现在人们对于通讯系统的
普遍要求。
而对于通讯质量影响比较大的就是通讯系统中各类部件的网络匹配问题，所以本文中我们对其中低声放多级匹配网络的设计和仿真进行了认真的探讨，希望可以帮助大家很好地了解这方面的知识，也希望可以更好地促进相关技术的
发展。
我们有理由相信将来我国的通讯系统的各方面都是发展地更好。
参考文献：
[1]雷振亚，射频/微波电路导论.[M]西安：西安电子科技大学出版社.2005.33-47.
[2]陈立强，顾引言.利用ADS仿真设计射频低噪声放大器.[J]微波学报.2010.
[3]黄玉兰，基于ADS的射频低噪声放大器设计与仿真.[J]西安邮电学院学报.2010.
[4]王子宇，张肇义译，射频电路设计理论与应用.[M]北京：电子工业出版社.2010.310-311.。