ku频段低噪声放大器的设计

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1、第三部分微波毫米波有源器件及电路Ku频段低噪声放大器的设计吴辉，唐小宏电子科技大学电子工程学院四川成都610054摘要：本文介绍了低噪声放大器的设计理论及方法，设计了一款Ku频段低噪声放大器。电路采用三级放大的结构形式。利用微带电路实现输入、输出和级间匹配。采用了Agilent公司的微波电路CAD仿真软件ADS进行了仿真与优化。并对电路增益、噪声系数、驻波比、稳定系数和输出1dB压缩点等特性进行了研究。LNA的工作频段为15.42～15.5GHz，增益大于27dB，噪声系数小于2.1dB，1dB压缩点的输出功率在8dBm以上，带内平坦度为0.3dB。关键字：Ku频段

2、，低噪声放大器，ADS仿真，噪声系数DesignofKuBandLowNoiseAmplifierWuHui,TangXiaohong(SchoolofElectronicEngineering,UESTCofChinaChengdu610054)Abstract:Thedesigntheoryandmethodoflownoiseamplifier(LNA)isintroduced.AndaKubandLNAisdesigned.Thecircuitisusedofthreestageamplifier.Inputoutputandstagematchingnet

3、workdesignedinmicrostrip.ThewholedesignissimulatedandoptimizedbyAgilent’smicrowavecircuitCADsoftwareADS.Thegain,noisefigure(NF),VSWR,stabilityandP1dBisdiscussed.Itsoperationbandis15.42~15.5GHz,gain>27dB,NF<2.1dB,P1dB>8dBm,in-bandflatness<0.3dB.KeyWords:Kuband,LNA，ADS，NF717第三部分微波毫米波有源器件

4、及电路1引言低噪声放大器(LowNoiseAmplifier)简称LNA的主要作用是在产生比较低噪声的情况下，把天线接收过来的微弱信号放大。LNA作为接收系统的关键器件之一，其设计对接收系统的性能水平有重要的决定作用。LNA的噪声系数不仅决定了整个接收前端系统的噪声性能，还直接反映了接收机的灵敏度。在LNA的设计中，主要需要做的工作是直流偏置工作点的选择和输入输出及各级间的匹配。为了有效地减少设计周期，节省设计时间及成本，提高设计的准确性及效率，结合LNA的相关理论采用微波电路CAD软件ADS软件进行了电路的设计。由于LNA工作在Ku频段，为了尽量减小直流偏置电路所

5、产生的寄生参量对匹配电路的影响，使用ADS自带的基于矩量法的二维半场仿真工具momentum进行了偏置电路的设计。2放大器的设计本文设计的低噪声放大器应用于某低噪声高性能的接收机前端系统中，所要求的技术指标如下：①工作频率15.42～15.5GHz；②噪声系数小于2.1dB；③增益大于27dB；④带内平坦度为0.3dB；⑤P1dB大于8dBm。2.1电路形式与器件的选择考虑到小型化及在系统中前后连接的方便，电路采用了广泛使用的微带结构形式。由于增益要求大于27dB，考虑到一般一级放大器的增益只有10dB左右，要达到指标必须采用三级放大的结构，级间使用贴片电容进行级间

6、的耦合。为了实现噪声系数小于2dB的要求，放大器的第一级的噪声系数要尽可能地低，我们选用了NEC公司的NE3210S01来做第一级。NE3210S01是PHEMT管（赝配高电子迁移率晶体管），具有极低的噪声性能和极高的频率特性。在我们所需要的频段，其噪声系数的典型值为0.5dB。第二和第三级主要是从增益及功率容量进行考虑，由于NE3210S01的P1dB只有5dBm左右，为了能够满足指标，后两级采用了P1dB717第三部分微波毫米波有源器件及电路大于10dBm的Transcom公司的TC2181场效应管。2.2放大器的稳定性选定了合适的器件后，为了让放大器能够稳定地

7、工作，不出现振荡自激，我们需要对管子的稳定性进行分析。放大器的稳定性判断条件如下：，(1)公式（1）中的K被称为晶体管的稳定系数，当K>1时，对所有的信源与负载终端来说，放大器都是无条件稳定的；当K<1时，放大器是有条件稳定，为了不产生振荡，需要对接在输入和输出端上的阻抗值加以限制，以避开不稳定区域，或者使用负反馈等方法来改变其S参数使其绝对稳定。经计算，可以得知NE3210S01与TC2181在所需的工作频段15GHz以上都满足K>1的绝对稳定条件。2.3噪声系数及增益在多级部件互联的系统中，总的噪声系数由下式决定：(2)公式（2）中，Ft为总噪声系数，F1，