利用ads设计低噪声放大器new

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1、32《计量与测试技术》2011年第38卷第11期利用ADS设计低噪声放大器TheDesignofLNAUsingADS王晓远周志平王宁宋小勇(中国空空导弹研究院，河南洛阳471009)摘要：低噪声放大器（LNA）位于接收系统的前端，是射频接收系统中的重要部件，其性能优劣直接影响接收系统的性能。本文简要介绍了低噪声放大器的指标参数，可以作为设计和选用LNA的参考；然后介绍了如何利用ADS仿真软件设计低噪声放大器。关键词：LNA；噪声系数；增益；匹配0引言放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的低噪声放大器（L

2、NA）是射频接收系统中的重要部件，比值：它位于接收系统的前端，其主要作用是放大天线从空中接G=Pout（3）收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的Pin信息数据。放大能力、噪声性能是LNA的关键指标，直接从式（2）中可见，提高LNA的增益对降低整机的噪影响着接收系统的性能；在接收系统其它条件特定的条件声系数非常有利，但LNA的增益过高会影响整个接收机下，接收系统灵敏度随着噪声系数的降低而提高；因此设的动态范围。所以，一般来说LNA的增益确定应与系统计高性能的LNA是提高接收系统性能的关键环节。的整机

3、噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。1.3输入输出的驻波比：1LNA主要技术指标1.1噪声系数NFLNA的输入输出驻波比表征了其输入输出回路的噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比匹配情况。一般来说，LNA使用的半导体器件噪声系数的比值，即：最低时，器件输入端阻抗不是50欧姆，即不是最佳功率匹配点。在设计LNA的匹配电路时，输入匹配网络一般NF=Sin/Nin（1）Sout/Nout为获得最小噪声而设计为接近最佳噪声匹配网络而不是式中，NF—微波部件的噪声系数；Sin，Nin—输入端的最佳功率匹配网络

4、，而输出匹配网络一般是为获得最大信号功率和噪声功率；Sout，Nout—输出端的信号功率和噪功率和最低驻波比而设计，所以，LNA的输入端总是存声功率。在某种失配。这种失配在某些情况下会使系统不稳定，一噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于般情况下，为了减小放大器输入端失配所引起的端口反放大器产生噪声，使信噪比变坏；射对系统的影响，可用插损很小的隔离器等措施来解决。信噪比下降的倍数就是噪声系数。从功率传输的角度来看，输入端的失配，放大器的功率增通常，噪声系数用分贝数表示，此时益也会降低，但有些时候为了获得

5、最小噪声，适当的牺牲NF(dB)=10lg(NF)一些增益也是LNA设计中经常采用的一种办法。对多级放大器而言，其噪声系数的计算为：1.4放大器的动态范围（IIP3）：NF-1NF-1在LNA的设计中，应充分考虑整个接收机的动态范23NF=（dB）=NF1+++…（2）G1G1G2围，以免在接收机后级造成严重的非线性失真，一般应选从式（2）中可得出两个结论：择低噪声放大器的输入三阶交调点IIP3较高一点，至少（1）当多级LNA级联时，应尽量降低第一级的噪声比最大输入信号高30dB，以免大信号输入时产生非线性系数

6、，提高第一级的增益。失真。（2）第二级以后，噪声系数变差对系统总噪声系数贡除以上各项外，LNA的工作频率、工作带宽及通带献不大，可着重考虑增益。内的增益平坦度等指标也很重要，设计时要认真考虑。这两个结论对实际设计LNA时器件选型提供依据。2设计流程1.2放大器增益G：2.1选择低噪声放大管王晓远等：利用ADS设计低噪声放大器33低噪声放大管的选型是在满足工作频率范围的前提1.005下，要尽量选用高增益、低噪声以及动态范围大的管子，另外还要考虑成本因素。目前双极型低噪声管的工作频率可1.000t1c以达到几个GH

7、z，噪声系数为几个dB，而砷化镓小信号的aFbta场效应管的工作频率更高，噪声系数可在1dB以下。S0.995在这个设计中选择Avago公司的低噪声放大管ATF-55143，它具有高动态范围、低噪声和低功耗的特0.9901.521.541.561.581.601.621.641.661.681.701.721.74性；其在GPS频段(工作状态VDS=3V，IDS=20mA)主要指标freq.GHz如下：图2增益：19dB从仿真结果看，放大管工作状态绝对稳定，可进行下噪声系数：0.5dB一步设计工作。1dB压缩点

8、：14dBm2.3输入电路的匹配输出三阶交截点：27dBm设计中选用的放大管ATF-55143，噪声系数很低（小2.2稳定性设计于0.6dB）,所以设计过程中不必刻意去保障噪声系数这查阅ATF-55143的数据手册，放大管工作在个指标而去牺牲其它指标。设计中采用最佳功率传输来VDS=3V，IDS=20mA，时，各项指标综合最优，所以利用ADS进行输入输出电路的匹配，匹配电路如图3：仿真