低噪声放大器的仿真设计1

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1、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

2、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

3、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

4、的入射功率Pin和负载吸收功率Pl之比。即A=Pin/Pl=1/

5、S21

6、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/

7、S21

8、2=-10log

9、S21

10、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

11、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(operatingpowergain)

12、、转换功率增益GT(transducerpowergain)、资用功率增益GA（availablepowergain）。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

13、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

14、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