用于S波段的高线性低噪声放大器_张胜标

电子器件

Chinese Journal of Electron Devices

第39卷第1期2016年2月

Vol 39

No.1

Feb.2016

Highly Linear LNA with Low Noise for S Band Application

ZHANG Shengbiao ，ZHANG Zhihao ，ZHANG Guohao *

（Shool of Information Engineering ，Guangdong University of Technology ，Guangzhou 510006，China ）

Abstract ：By employing the 0.25μm GaAs enhancement mode pHEMT process ，a low noise amplifier has been de?veloped with sub 0.5dB noise figure （NF ）for S band application ，and is housed in a 2.0mm ×2.0mm miniature package with 8-pin dual -flat -lead （DFN ）.The LNA （Low Noise Amplifier ）has achieved low noise ，high gain ，and high linearity with the use of cascade structure ，active bias network ，as well as multiple feedback networks ，which is an ideal selected for hand -held terminal.The measured results show that the LNA which gain greater than 18dB ，in?put return loss less than -10dB ，output return loss less than -16dB ，and more than 36dBm output third-order in?tercept point from 2.3GHz to 2.7GHz.Key words ：low noise amplifier ；high linearity ；low noise ；GaAs pHEMT ；S band

EEACC ：1220

doi ：10.3969/j.issn.1005-9490.2016.01.012

用于S 波段的高线性低噪声放大器

张胜标，张志浩，章国豪*

（广东工业大学信息工程学院，广州510006）

摘要：采用E -mode 0.25μm GaAs pHEMT 工艺，2.0mm×2.0mm 8-pin 双侧引脚扁平封装，设计了一款应用于S 波段的噪声

系数低于0.5dB 的低噪声放大器。通过采用共源共栅结构、有源偏置网络和多重反馈网络等技术改进了电路结构，该放大器具有低噪声，高增益，高线性等特点，是手持终端应用上理想的一款低噪声放大器。测试结果表明在2.3GHz~2.7GHz 内，增益大于18dB ，输入回波损耗小于-10dB ，输出回波损耗小于-16dB ，输出三阶交调点大于36dB 。

关键词：低噪声放大器；高线性；低噪声；GaAs pHEMT ；S 波段中图分类号：TN722.3

文献标识码：A

文章编号：1005-9490（2016）01-0057-05

现代移动通信对数据传输速率越来越高的要求使得无线通信系统的载波频率普遍进入S 波段［1］，包含这些通信频段的诸多无线通信系统，如移动通信（WCDMA ，TD -SCDMA ，LTE ），无线局域网（WLAN ），和卫星通信系统（GPS ，BDS ）等，对各自的射频前端接收模块提出了不同的需求。现代智能手机集成了不断发展增长的不同频带的无线通信标准/技术和多项无线服务，这种趋势不可避免地对智能手机提出了更高的要求。对于射频接收端，尤其是低噪声放大器，噪声系数和线性度直接影响并决定着接收机灵敏度与动态范围，这就要求接于天线之后的低噪声放大器具有尽可能低的噪声来提高接收机的灵敏度和足够的功率增益来压缩后级电路的

噪声以降低接收系统的总体噪声，因此应用于手持终端中的低噪声放大器需要具有很低的噪声系数和足够的功率增益，以便接收机达到更好的灵敏度。

很多应用于S 波段的低噪声放大器设计采用了GaAs pHEMT ，MESFET 和HBT 工艺［2-4］。目前报道的cascade pHMET LNA 在5GHz 时最小噪声系数为0.76dB ，增益为16dB ［5］，在1.9GHz 时噪声系数为0.5dB ［6］，在2.5GHz 时报道的最低噪声系数为0.53dB ［7］。

1

低噪声放大器设计

1.1

器件选择

选用0.25μm GaAs 增强型赝配高电子迁移率

————————————收稿日期：2015-04-14

修改日期：2015-05-19

电子器件第39卷

晶体管（E-pHEMT）工艺，工艺结构如图1，pHEMT 在结构上采用了GaAlAs/InGaAs/GaAs，利用不相似半导体材料带隙差别，让电子集聚在窄的势垒阱中，pHEMT的栅区金属片直接与n型半导体形成肖特基接触，致力于大大突破MESFET的最高频率的限制，而同时保持其低噪声性能和高功率额定值。增益宽带f t达到32GHz，具有较好的噪声特性与增益带宽，最大漏极电流I D max450mA/mm，跨导550

mS/mm，这些指标决定了器件有较宽的应用频率范围，输出功率及线性，使其非常适合这个频段的低噪声放大器设计，且pHEMT工艺在FET的门极只需要正电压，这样就可以直接把电源接地，并且无需额外元件构成自偏置结构，电路仿真也因此可以相当精确，因而也简化了LNA

设计。

图1pHEMT结构

外部匹配会增加插入损耗并因此降低LNA的噪声系数，合理地选择晶体管能够减少外部匹配网络使用的元件，减少由匹配器件所引起的噪声恶化。通过调整额定偏置电流设定使其输入阻抗接近50W可以消除输入匹配要求并使LNA的噪声系数降至最低，同时晶体管的尺寸还要同时满足功率、可靠性和稳定性的要求。

1.2电路拓扑分析

噪声系数（NF）性能是接收器系统的关键参数之一，因为它描述的是对低电平信号的接收能力，噪声系数越低，接收器的灵敏度越好。为了实现最优的噪声性能，设计LNA时应该充分考虑器件尺寸（栅宽）和匹配结构以实现理想的噪声匹配，但同时也要考虑噪声与回波损耗，线性度和静态电流之间的合理折中。LNA器件的小信号等效模型［8］如图2所示。这个模型包含了栅源电容C gs，跨导G m，由寄生电阻R g，R d，R s组成的输入电阻R in，输出电阻r ds，还有信号源（G g+jB g）和串联负反馈电感L s。由小信号模型可以清楚的看到器件噪声内部来源于电阻R in和r ds，外部来源于源电导G g和负载电阻。

噪声跟输入导纳有密切的关系，给定器件噪声参数R n，F min，Γopt，输入导纳对噪声系数的影响由下列表达式给出［9］：

F=F min+

4R n|Γg-Γopt|

R

r(1-|Γg|2)|1+Γg|2

（1）源导纳接近Γopt时可获得最佳噪声系数，其值Γopt和Γin主要由器件栅宽和外部源负反馈电感L s 影响。选择合适的器件尺寸面积（栅宽和Finger个数）最小化输入电阻R in，来满足输入匹配的同时实

现最小噪声和最佳回波损耗。

图2简化的LNA电路模型

1.3LNA电路拓扑

LNA是接收电路的第1级，其特性对整个系统的噪声性能产生直接影响。LNA需要具有良好的噪声系数，并提供足够的增益，以确保整个接收系统具有最小噪声系数；同时当接收信号较大时，应有足够的线性度以减小信号失真。共源共栅电路结构可以降低结电容的米勒效应对宽带的影响，可用于扩展带宽，同时又拥有高增益，宽带宽，稳定性好，线性度高等特性，适合用于低噪声放大电路的设计。

设计的改进了电路结构的低噪声放大器拓扑结构如图3所示，共源共栅设计的第1级旨在获得最佳的噪声系数、输出阻抗匹配和目标漏源电流（I ds）下的P1dB。而第2级则是在不影响其它性能的前提下获取最佳的OIP3性能、输出匹配和P1dB。该拓扑结构通过源极电感L s反馈几乎可以在所有阻抗下保持稳定（在添加级间网络、输出网络、传输线

图3低噪声放大器拓扑

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第1期张胜标，张志浩等：用于S 波段的高线性低噪声放大器

定）。On -chip 电路为图中正方形内部的器件，其中包括一个共源共栅放大器（Q 1和Q 2），一个有源偏置电路，这种配置可以最小化片外电路器件个数，使得片外电路对噪声系数的影响最小化。有源偏置电路为晶体管Q 1提供栅压偏置，R 1，R 2电阻分压式偏置网络为晶体管Q 2提供栅压偏置，电阻分压式偏置电压对输入输出三阶交调点影响较大，选取电源电压的一半时可获得最佳输入输出三阶交调点。电容C 3的变化会对噪声系数，增益，线性度以及稳定性产生明显影响，选择合适的值确保在使用

频率范围内Q 2的栅对地射频短路。

晶体管Q 5用耗尽型赝配高电子迁移率晶体管

源漏（D -pHEMT ）相连，单管导通电压为1.2V ，反向连接用来作静电保护。L in ，L out 为扼流电感，C 1，C 6为

隔直电容，同时L in 还作为输入匹配电感并联到栅端，用于实现输入阻抗和噪声系数源阻抗的匹配，它影响输入反射系数和噪声系数，作为无源阻抗匹

配网络需要优化到合理的值，输入匹配网络由C 1、L in 、C 2实现，选用高Q 元件以获取最佳的噪声系数。电路第1第2级之间采用串并联L 3R 5网络，在低频率时充当低阻抗，而在高频率时充当高阻抗，提高电路高频稳定，对线性度也有一定影响。第2级采用R 3C 4串联反馈结构提高电路稳定性，RC 串

联反馈结构会降低噪声系数，因此它通常用在第2级设计中，而不用于第1级设计，这种反馈也有利于OIP3，回波损耗（RL ）和增益调整。输出端采用R 6C 5串联接地，这种网络的作用是在高频率时充当分流电阻，而在低频率时充当高阻抗，接地的分流电阻有利于稳定设备，增大高频损耗降低高频增

益，同时提高了高频的稳定性。1.4

高线性实现

以输出三阶交调截取点（OIP3）表征了当有频率相近信号时，放大器抑制互调失真的能力，输出三阶交调截取点越大，表征放大器抑制杂波的能力越强，线性度越好。带内和带外的输入、输出端接负载，将直接影响放大器的线性度。放大器的输入和输出负载可以通过源和负载牵引技术扫描得到。源与阻抗Z s=64+j44W 完成匹配获得所需的NF 、输入回波损耗和偏置电流增益后，P 1dB 和OIP3将取决于输出匹配和反馈网络。通过使用多重反馈网络结构，利用仿真模型估算在2.5GHz 下两个相隔5MHz 的音调的OIP3，每个音调的输入功率为PIN=-20dBm 。图4在史密斯图上显示了负载牵引阻抗，其中的圆表示在2.5GHz 时最佳的OIP3

区域。

图4

OIP3和输出功率的仿真负载牵引

2低噪声放大器的性能与分析

芯片采用8-pin 双侧引脚扁平封装（DFN ），这

种封装能减小芯片外部金属等许多因素反射引起的噪声系数恶化和输入输出损耗。图5为版图照片和封装后测试电路板照片。测试电路板应用测试板布线的设计旨在尽可能获得最低噪声系数和最佳稳定性。测试板为在50mil 厚的FR4基底上叠加10mil 厚的Rogers 4350B 基板。RF 电路中选择使用Rogers 4350B 材料，是由于它具有介电常数

（εr ）低、介电常数不易受随温度变化的影响等特点，能实现最佳的噪声性能。成本相对较低的FR4材料则用于承载其余压层，并提高机械刚度和厚度。微带线宽度和空间设计能够接受常用的0402尺寸的表面安装元件，同时维持统一的50W 。覆铜厚度为1.4mil ，可减少电路损耗及其对噪声系数的累加

效应。

图5

测试在常温环境下进行，使用噪声系数测试仪（Agilent N8975A ）和矢量分析仪（Agilent N9020A ）对芯片的噪声系数，增益，输入输出回波损耗，输出三阶交调点，VSWR 驻波比等关键参数进行测量，电压供电为5V ，静态工作电流为62mA ，芯片的小信号S 参数测量结果如图6所示。

由S 参数测试结果可知，输入输出回波损耗

低，S 11、S 22小于10dBm ，表明在折中考虑了增益和线性度的前提下实现了很好的输入输出匹配。S 12

小于30dBm ，实现了高反向隔离度的设计，使输出端功率更少的反射回输入端，提高放大器的线性度。

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电子器件第39

卷

图6

S 参数测试结果

电路版图采用合理的布局，使射频信号走线尽量短，同时采用双层金属走线添加PV 层的方式，从而极大减少走线的寄生电感和电阻，而减少射频输入端寄生电阻也就减少了走线对噪声的影响，从而测试得到的噪声系数接近合理值。在考虑了流片和PCB 板损耗之后，测试的噪声系数（NF ）结果如图7所示，在2.3GHz 到2.7GHz 范围内，噪声系数小于0.5dB ，与仿真结果误差在0.1dB 范围内，在2.5GHz 时，噪声系数为4.85dB 。图8为测试的小信号增益（S 21），在2.3GHz 到2.7GHz 范围内，小信号增益大于18.1dB ，增益平坦度小于0.5dB ，与仿真结果存在误差，比仿真结果小了0.3dB 左右，这些损耗是可以接受的，因为在仿真时没有完全考虑到无源器件和封装等因素的反射对电路的影响，在2.5GHz 时，小信号增益为19.02dB 。图9为输出三阶交调点（OIP3）的测试结果，在2.3GHz 到2.7GHz 范围内，输出三阶交调点大于36.0dBm ，与仿真结果误差范围小于0.5dBm ，主要由增益误差引起的OIP3

误差。

图7

噪声系数测试结果

图8

增益测试结果

图9

OIP3测试结果

表1是工作在同一频率范围的采用相同工艺的不同低噪声放大器设计的对比。对比结果表明，改进了电路的低噪声放大器的设计，更好的兼顾了噪声系数、增益和输出三阶交调点之间的折中，在实现低噪声的同时，保证了高增益和高线性度。

表1

低噪声放大器主要性能对比

常温Process

ICQ/mA NF Gain/dB OIP3/dBm Ref ［7］pHEMT 56

0.56

18dB 35.9dBm

Ref ［9］

pHEMT 741.020.5dB 31dBm

Ref ［10］pHEMT 33

2.417dB

19.5dBm

This work pHEMT 62

0.4819.02dB

36.1dBm

3总结

采用WTK 0.25μm GaAs 增强型赝配高电子迁

移率晶体管（E -pHEMT ）工艺，设计的一款应用于S 波段的高线性低噪声放大器。测试结果表明在2.3GHz~2.7GHz 范围内，噪声系数低于0.5dB ，增益大于18dB ，输出三阶交调点大于36dBm ，且LNA 在18GHz 频带范围内无条件稳定。这个设计满足手

持终端对低噪声放大器的要求，同时由于噪声系数小于0.5dB ，输入输出反射系数小于-10dB ，因此，这款芯片还可用于其他无线通信设备宽频带领域，如GPS ，北斗导航等接收机中。参考文献：

[1]陈骏，李海华.一种S 波段低噪声放大器的设计［J ］.电子器件，2013，36（2）：206-210.

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第1期张胜标，张志浩等：用于S波段的高线性低噪声放大器

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张胜标（1990-），男，广东梅州人，广东工业大学信息工程学院在读硕士研究生，主要研究方向为射频集成电路设计，shengbiaozhang@https://www.wendangku.net/doc/f013783250.html,；章国豪（1964-），男，美籍华人，广东工业大学信息工程学院教授，主要研究方向为射频、微波及毫米波单片电路及

组件。

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低噪放大器的原理应用及其常用规格

低噪放大器定义： 噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数 F=1（0分贝），其物理意义是输入信噪比等于输出信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Te可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极基联的低噪声放大电路。 低噪放大器的原理： 地球站的品质因数（G/T）主要取决于天线和低噪声放大器（LNA）的性能。接收系统的噪声温度Ts是指折算到LNA输入端的系统等效噪声温度，它主要由天线噪声温度TA、馈线损耗LALA 和低噪声接收机噪声三个部分组成。 低噪放大器的应用： 低噪放大器(LNA)主要面向移动通信基础设施基站应用，例如收发器无线通信卡、塔顶放大器(TMA)、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计，并为低噪声指数(NF, Noise Figure)立下了新标竿。目前无线通信基础设施产业正面临必须在拥挤的频谱内提供信号质量和覆盖度的挑战，接收器灵敏度是基站接收路径设计中最关键的要求之一，合适的LNA选择，特别是第一级LNA可以大幅度改善基站接收器的灵敏度表现，低噪声指数也是关键的设计目标，Avago提供了1900MHz下0.48dB同级产品的噪声指数。另一个关键设计为线性度，它影响了接收器分辨紧密接近信号和假信号分别的能力，三阶截点OIP3可以用来定义线性度，在1900MHz和5V/51mA的典型工作条件下，Avago特有的GaAs增强模式pHEMT工艺技术可以带来0.48dB的噪声指数和35dBm的OIP3，在2500MHz和5V/56mA的典型工作条件下，噪声指数为0.59dB，OIP3则为35dBm。通过低噪声指数和高OIP3，这些Avago的新低噪声放大器可以提供基站接收器路径比现有放大器产品更大的设计空间。 LNA经历了早期液氦致冷的参量放大器、常温参量放大器的发展过程，随着现代科学技术的高速发展，近几年已被微波场效应晶体管放大器所取代，此种放大器具有尺寸小、重量轻和成本低的优异特性。特别是在射频特性方面具有低噪声、宽频带和高增益的特点。在C、Ku、Kv 等频段中已被广泛的使用，目前常用的低噪声放大器的噪声温度可低于45K。 在雷达射频接收系统中，对系统性能指标的要求越来越高，其中低噪声放大器是影响着整个接收系统的噪声指标的重要因素。与普通的放大器相比，低噪声放大器作用比较突出，一方面可以减少系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面可以放大系统的射频信号，保证系统正常工作。因此，低噪声放大器的性能制约着整个接收系统的性能，对整个接收系统性能的提高起了决定性的作用。因此，研制宽频带、高性能、更低噪声的放大器，已经成为微波技术中发展的核心之一。 由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数F=1（0分贝），其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Te可低于几十度（绝对温度），致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。

GSM900低噪声放大器设计

微波电路与系统仿真实验报告 一、实验名称：GSM900频段低噪声放大器仿真 二、实验技术指标： 1.频段：909-915MHz 2.增益：≥17dB 3.噪声系数：<0.7dB 4.输入反射系数：优于-20dB 5.输出反射系数：优于-15dB 6.芯片选择：A TF-54143或VMMK-1218 三、报告日期：2015年12月14日 四、报告页数：共7页 五、报告内容： 1.电路原理图（原理图应标明变量名称的含义，可用文字表述或画图说明） 如下图所示，a为低噪声放大器的原理框图，包括晶体管以及输出输入匹配，在图中未画出部分还有晶体管的偏置电路。对于低噪声放大器设计与最大功率传输的放大器设计不同，最大功率传输放大器的设计必须满足双共轭匹配，而这样噪声的功率也会很大，所以为了获得最小噪声系数，应选择最佳信源反射系数Гopt。此时放大器的输入匹配网络的任务是使管子端口满足如下图b中所示的要求。 （a）微波晶体管放大器原理图（b）最佳噪声匹配放大器的设计步骤为：1、选管；题目指标给出了放大器设计可选择的管子，所以本次设计选择了ATF-54143，查阅ATF-54143晶体管的模型参数，由于ATF-54143晶体管在ADS2011中没有模型，所以本文是查找网络资源下载的ATF-54143的模型文件导入到设计中的，A TF-54143模型如下图所示，左图为晶体管封装模型，右图为内部电路。2、确定工

作电流和工作电压；查阅ATF-54143介绍资料确定Vds和Ids的值，如下图所示，可以看出工作频率为900MHz时的晶体管在不同电压电流下的增益、噪声系数、P1dB、三阶截断功率的值，根据这些值选择Vds=4V，Ids=60mA，此时的Vgg=0.58V。设置电压电流，建立晶 体管的直流偏置电路。

电工电子实验报告实验4.6 运算放大器的线性应用

实验4.6 运算放大器的线性应用 一、实验目的 1．进一步理解运算放大器线性应用电路的结构和特点。 2．掌握电子电路设计的步骤，学会先用电子设计软件进行电路性能仿真和优化设计，再进行实际器件构成电路的连接与测试方法。 3．掌握运算放大器线性应用电路的设计及测试方法。 二、实验仪器与器件 1.双路稳压电源1台 2.示波器1台 3. 数字万用表1台 4. 集成运算放大器μA741 2块 5. 定值电阻若干 6.电容若干 7.DC信号源3块 8.电位器2只 三、实验原理及要求 运算放大器是高放大倍数的直流放大器。当其成闭环状态时，其输入输出在一定范围内为线性关系，称之为运算放大器的线性应用。运放线性应用时选择合理的电路结构和外接器件，可构成各种信号运算电路和具有各种特定功能的应用电路。选择适当个数的运算放大器和阻容元件构成电路实现以下功能： 1. U o=Ui 2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）； 3．U O= 5U i2-U i1（R f=100k）； 4．U O= - (0.1ui+1000∫u idt）（C f=0.1μF）； 5．用运放构成一个输出电压连续可调的恒压源(要求用一个运放实现)； 6．用运放构成一个恒流源(要求用一个运放实现)； 7. 用运放构成一个RC正弦波振荡器（振荡频率为500Hz）。 四、实验电路图及实验数据 1. U o=Ui Ui（V）0.3 0 -0.3 计算Uo(V) 0.3 0 -0.3 测量Uo(V) 0.302 0.001 -0.301

2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）

3．U O = 5U i2-U i1 （R f=100k ）； Ui1(V) 0.3 0.3 -0.3 Ui2(V) -0.1 0.1 0.1 计算Uo(V) 1.4 1.6 -1.4 测量Uo(V) 1.407 1.608 -1.396 Ui1(V) 0.3 0.3 -0.3 Ui2(V) -0.1 0.1 0.1 计算Uo(V) 1.6 1.4 -1.6 测量Uo(V) 1.735 1.533 -1.703

低频低噪声高增益放大器

低 频 低 噪 声 高 增 益 放 大 器——设计与报告总结 2012年7月15日 目录： 一．方案设计与论证 A.题目要求和指标分析

B.信号源部分 C.前级放大部分 D.滤波器部分 E.压控放大模块 F.功率放大模块 G.负反馈放大模块 二．电路设计 A.整体电路设计 B.信号源部分 C.前级放大部分 D.滤波器部分 E.压控放大部分 F.功率放大部分 G.负反馈部分 三．测试方法与测试结果 a.仿真部分 b.实测部分 本次设计是以vca810，op07，tda2030，msp430为核心器件的低频低噪声放大器。带宽为3kHz~5kHz,电压放大系数可达200~2000倍，

能保证波形不失真，噪声系数小，性能良好。信号由自制正弦波振荡器产生，经过前级放大，再经vca810进行压控放大，而后经过3阶有源切比雪夫带通滤波器，最后经过tda2030为核心的功率放大器，输出给负载。而由Msp430单片机进行AD采样和DA输出，实现负反馈。设计方案具有放大倍数高，预置步长小，低噪声，数字显示精度高等特点，达到了设计要求，切实可行。 一．方案论证 1.题目要求和指标分析 根据题目要求，设计方案应该实现电压放大，预置步进，数字显示，并且信号的通频带要在3kHz~5kHz,低噪声。综合各项设计指标，将该系统设计为以下模块：信号发生模块，前级放大模块，步进放大模块，滤波器模块，功率放大模块，反馈模块； 具体设计框图如下： 2. 信号源部分 方案1：以为LM358为核心的正弦波振荡器，优点是元器件少，成本低，稳定性好，失真度小，幅度频率可调，常用于音频电路。

GPS低噪声放大器的设计

NF(dB)=10lg ? 一个微波管的射频绝对稳定条件是K>1,S 11<1-S12S21,S22<1-S12S21。 低噪声放大器的设计 姓名：####学号：################班级：1######## 一、设计要求 1.中心频率为1.45GHz，带宽为50MHz，即放大器工作在1.40GHz- 1.50GHz频率段； 2.放大器的噪声系数NF<0.8dB，S11<-10dB，S22<-15dB，增益 Gain>15dB。 二、低噪声放大器的主要技术指标 低噪声放大器的性能主要包括噪声系数、合理的增益和稳定性等。 1.噪声系数NF 放大器的噪声系数（用分贝表示）定义如下： ?S in N in? ?S out N out? 式中NF为射频/微波器件的噪声系数；S in ，N in 分别为输入端的信号功率和噪 声功率；S out ，N out 分别为输出端的信号功率和噪声功率。 噪声系数的物理含义是，信号通过放大器后，由于放大器产生噪声，使得信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。 2.放大器的增益Gain 在微波设计中，增益通常被定义为传输给负载的平均功率与信号源的最大资用功率之比： Gain=P L P S 增益的值通常是在固定的频率点上测到的，低噪声放大器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，因此增益Gain要下降。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常，相关增益比最大增益大概低2～4dB. 3.稳定性 22

只有当3个条件都满足时，才能保证放大器是绝对稳定的。 三、低噪声放大器的设计步骤 1.下载并安装晶体管的库文件 (1)由于ADS2008自带的元器件库里并没有ATF54143的元器件模型，所以 需要从Avago公司的网站上下载A TF54143.zap,并进入ADS主界面,点击【File】——【Unarchive Project】进行安装。 (2)新建工程A TF54143_LNA_1_prj,执行菜单命令【File】—— 【Include/Remove Projects】将A TF54143_prj添加到新建工程中，这样新建工程就能使用器件A TF54143了。 2.确定直流工作点 低噪声放大器的设计的第一步是设置晶体管的直流工作点。 (1)在ADS中执行菜单【File】——【New Design】，在弹出的对话框中的 Schematic Design Templates下拉列表中选择“DC_FET_T”模板，在Name文本框中输入DC_FET_T，单击【OK】，这样DC_FET控件就被 放置在原理图中了。 (2)在原理图中放置器件A TF54143,设置DC_FET控件的参数并连接原理图 如图1所示。 图1完整DC_FET_T原理图 (3)仿真得到A TF54143的直流特性图如图2所示。

低噪声放大器设计指南

低噪声放大器设计指南 1．低噪声放大器在通讯系统中的作用 随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的普遍追求，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求，我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下： S = -174+ NF+10㏒BW+S/N (1) min 由上式可见，在各种特定（带宽、解调S/N 已定）的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。 低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。 2． 低噪声放大器的主要技术指标： 2．1 噪声系数NF 噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即： out out in in N S N S NF //= 对单级放大器而言，其噪声系数的计算为： 222min |1)||1(||4opt s opt s n R NF NF Γ?Γ?Γ?Γ+= 其中 F min 为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的， Γopt 、Rn 和Γs分 别为获得 F min 时的最佳源反射系数、 晶体管等效噪声电阻、以及晶体管输入端的源反射系数。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算为： NF=NF 1+(NF -1)/G 1+(NF -1)/G 1G +…… （4） 232其中NF n 为第n级放大器的噪声系数，G n 为第n级放大器的增益。 在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为： T e = T 0 ( NF – 1 ) （5） 其中T e 为放大器的噪声温度，T 0 =2900 K，NF为放大器的噪声系数。 NF(dB) = 10LgNF （6） 2． 2 放大器增益G： 放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值： G=P out / P in （7） 从式（4）中可见，提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。 所以，一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。

运算放大器线性应用

运算放大器的线性应用 实验目的 1.掌握检查运算放大器好坏的方法。 2.掌握运算放大器组成比例，求和运算，积分运算电路的工作原理以及运算功能。 3.掌握以上各种应用电路的组成及其测试方法。 实验仪器 1.双踪示波器X1 2.函数发生器X1 3.数字万用表X1 4.直流稳压电源X1 5.运算放大器X1；面包板X1；电阻若干；导线若干 实验原理 1.运算放大器是一种包含许多晶体管的集成电路，其作用是把输入电压放大一定倍数后在输送出去，其输出电压与输入电压的比值称为电压的放大倍数。 2.在集成运放应用的电路中，运放的工作范围有两种：工作在线性区（指输入电压U0与输出电压Ud成正比时的输入电压范围）或工作在非线性区。 3.集成运放工作在线性区有两个特点： 虚短：集成运放两个输入端之间的电压接近于零。 虚断：流入集成运放两个输入端的电流可视为零。 4. UM741的引脚图： 实验内容： 基本操作： 将电源1，电源2分别调为12V，将电源1的黑色夹子接在放大器的引脚4（正电源端），将电源2的黑色夹子接在放大器的引脚11（负电源端），接着电源1,2的红色夹子接在一起(接地端)，使电源输出±12V。 (1).运算放大器的好坏检测 实验电路图： 实验步骤： 1.调节信号发生器，并将红色夹子接在放大器的引脚3（同相输入端），使其输入1kHz，

1V峰峰值的正弦波信号Ui，黑色夹子接地。 2.将引脚2用导线接在引脚14（输出端口4），并将示波器的红色夹子接在引脚14上，黑色夹子接地。 3.观察示波器上显示的输出电压U0；比较Ui与U0的大小。 实验结果： (2)反相比例运算放大器 实验电路图： 实验步骤： 1.如图连接电路，在反相输入端接入直流电压Ui。 2.根据下表内容进行测量，并完成表格，绘制传输特性。 实验结果： (3)积分电路 实验电路图： 操作步骤： 1.如上图所示连接电路，并输入峰峰值为2V，f=1kHz的正弦信号。 2.观察并记录示波器上Ui，U0的波形，绘制波形。 实验结果：

低噪声放大器设计 论文

低噪声放大器设计 摘要：微弱信号检测就是利用近代电子学和信号处理方法从噪声中提取有用信号，其关键在于抑制噪声。恢复、增加和提取有用信号。与普通放大器相比，低噪声放大器应具有低得多的噪声系数。欲使放大器获得良好的低噪声特性，除使用好的低噪声器件外，还要有周密的设计。本文将从低噪声放大器在通讯系统中的作用，低噪声放大器的主要技术指标以及低噪声放大器的设计方法来论述低噪声放大器，以获得最佳噪声性能的低噪声放大器。重点介绍了低噪声放大器的设计方法。 关键词：低噪声，微弱信号检测，噪声系数，放大器 0．引言 随着现代科学研究和技术的发展，人们越来越需要从强噪声中检测出有用的微弱信号，于是逐渐形成了微弱信号检测这门新兴的科学技术学科，其应用范围遍及光学、电学、磁学、声学、力学、医学、材料等领域。微弱信号检测技术是利用电子学、信息论、计算机及物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，检测被噪声淹没的微弱有用信号，或用一些新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比，从而提取有用信号。微弱信号检测所针对的检测对象，是用常规和传统方法不能检测到的微弱量。对它的研究是发展高新技术，探索及发现新的自然规则的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的应用价值。目前，微弱信号检测的原理、方法和设备已经成为很多领域中进行现代科学技术研究不可缺少的手段。显然，对微弱信号检测理论的研究，探索新的微弱信号检测方法，研制新的微弱信号检测设备是目前检测技术领域的一大热点。 1．低噪声放大器在通讯系统中的作用 随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的

电工电子实验报告实验4.6运算放大器的线性应用

一、实验目的 1．进一步理解运算放大器线性应用电路的结构和特点。 2．掌握电子电路设计的步骤，学会先用电子设计软件进行电路性能仿真和优化设计，再进行实际器件构成电路的连接与测试方法。 3．掌握运算放大器线性应用电路的设计及测试方法。 二、实验仪器与器件 1.双路稳压电源1台 2.示波器 1台 3. 数字万用表1台 4. 集成运算放大器μA741 2块 5. 定值电阻若干 6.电容若干 信号源3块 8.电位器2只 三、实验原理及要求 运算放大器是高放大倍数的直流放大器。当其成闭环状态时，其输入输出在一定范围内为线性关系，称之为运算放大器的线性应用。运放线性应用时选择合理的电路结构和外接器件，可构成各种信号运算电路和具有各种特定功能的应用电路。选择适当个数的运算放大器和阻容元件构成电路实现以下功能： 1. U o=Ui 2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）； 3．U O= 5U i2-U i1（R f=100k）； 4．U O= - +1000∫u idt）（C f=μF）； 5．用运放构成一个输出电压连续可调的恒压源(要求用一个运放实现 )； 6．用运放构成一个恒流源(要求用一个运放实现 )； 7. 用运放构成一个RC正弦波振荡器（振荡频率为500Hz）。 四、实验电路图及实验数据 1. U o=Ui 2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）

3．U O= 5U i2-U i1（R f=100k）； 4．U O= - +1000∫u idt）（C f=μF）； 5．用运放构成一个输出电压连续可调的恒压源(要求用一个运放实现 )； 6．用运放构成一个恒流源(要求用一个运放实现 )； 7. 用运放构成一个RC正弦波振荡器（振荡频率为500Hz） 五. 分析实验数据和波形可知：电路仿真得到的结果要比实测结果更接近于理论计算值，可能原因有1. 实验室中的电子元件有误差 2. 一些电阻在实验室中没有，遂用阻值接近的电阻代替 六. 试验中遇到的故障：在实物搭建第二个电路的时候输入正确的电压值却得不到应得的输出电压，经检查发现第二个运算放大器未接15V的电源 七. 心得体会 在进行电子电路设计的时候，应首先用电子设计软件进行电路性能仿真和优化设计，再进行实际器件构成电路的链接与测试，以缩短设计时间，减少设计成本，并提高成功率。

低噪声功率放大器设计

微波电子线路大作业 ——低噪声功率放大器设计 班级：021013班 学号：02011268 姓名：

低噪声放大器的设计 一、设计要求： 已知GaAs FET 在4 GHz 、50 Ω系统中的S 参数和噪声参量为 S11=0.6∠－60°，S21=1.9∠81°， S12=0.05∠26°，S22=0.5∠－60° Fmin=1.6 dB Γout=0.62∠100°RN=20 Ω 设计一个低噪声放大器，要求噪声系数为2 dB ，并计算相应的最大增益。 若按单向化进行设计，则计算GT 的最大误差。 二、低噪声放大器设计原理及思路 1.1低噪声放大器功能概述 低噪声放大器是射频／微波系统的一种必不可少的部件，它紧接接收机天线，放大天线从空中接收到的微弱信号。低噪声放大器在对微弱信号放大的同时还会产生附加于扰信号，因此它的设计目标是低噪声，足够的增益，线性动态范围宽。低噪声放大器影响整机的噪声系数和互调特性，分析如下 （1） 系统接收灵敏度： （2） 多个级连网络的总噪声系数 1.2 放大器工作组态分类 A 类放大器（导通角360度，最大理论效率50%）用于小信号、低噪声，通常是接收机前端放大器或功率放大器的前级放大。 B 类（导通角180度，最大理论效率78.5%）和 C 类（导通角小于180度，最大理论效率大于78.5% ）放大器电源效率高，愉出信号谐波成分高，需要有外部混合电路或滤波电路．由B 类和C 类放大器还可派生出 D 类、 E 类、P 类等放大器。 min 114(dBm/Hz)NF 10log BW(MHz)/(dB) S S N =-+++321112121 11n tot A A A A A An F F F F F G G G G G G ---=+ +++L L

低噪声放大器介绍

低噪声放大器 低噪声放大器是一种具有优良噪声特性而增益较高的小信号放大器，一般位于接收机的前端，是决定整个接收系统噪声特性的关键部件。 目前常见的低噪声放大器有以下几种：低温制冷参量放大器、常温恒温参量放大器、微波场效应晶体管放大器和高电子迁移率晶体管放大器等。参量放大器采用变容电抗元件（变容二极管）对信号进行放大，可以获得满意的低噪声性能，进一步降低其工作的环境温度（例如环境温度达20K），会大幅度改善其噪声性能。然而随着金属半导体场效应晶体管性能的改善与提高，低噪声场效应放大器的噪声性能已接近于常温参量放大器的水平。同时，由于FET放大器具有性能稳定、结构紧凑、价格低廉等优点，它已逐步取代了参量放大器。目前，Ku频段以下的低噪声放大器普遍采用低噪声FET放大器。继低噪声MESFET之后，高电子迁移率晶体管（High Electron Mobiliey Transistor），简称HEMT器件，获得了迅速的发展。它在低噪声、高工作频率方面比FET更优越，已广泛投入使用。 目前广泛使用的是金属半导体场效应管低噪声放大器。它的核心部件是金属半导体场效应管（MESFET）。金属半导体场效应管是用本征砷化镓作为基片的衬底，用特殊工艺形成源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个电极；通过栅极电压来控制漏极电流，从而实现对小信号的放大功能。 微波场效应管的主要参数有：特征频率、单向功率增益和最大振

荡频率、最大输出功率和噪声特性。 微波场效应管低噪声放大器设计主要考虑的问题是计算输入、输出匹配网络和选择工作点。通常第一、二级按最小噪声系数设计，中间级按高增益设计，末级则保持良好的线性，满足系统互调特性的要求。 微波场效应管低噪声放大器的设计步骤： 1、 选择适当的电路形式 一般采用共源极电路形式，并尽可能选用f T 高的管子。 一般0)5~3(f f T =。 2、 确定工作点和偏置电路 小信号管做低噪声放大时，漏极电流很小，一般为10mA 左右。而作高增益放大时，漏极电流略大些，一般在10～30mA 。偏置电路的选择和低频电路类似，有恒流式偏置电路和分压式偏置电路两类。 3、 晶体管噪声参量和S 参数的获得 大多数情况下晶体管的生产厂家提供相应型号的器件的噪声参量和S 参数。晶体管的噪声参量和S 参数也可以通过在实际工作点下，测量所需频段的噪声参量和S 参数得到。实际的噪声系数表达式为：()()[] 22min /op s op s s n B B G G G R F F -+-+= ； 式中，n R 是网络的等效电阻； min F 是网络的最小噪声系数； op op op jB G Y +=是对应于最小噪声系数的最佳源导纳；

集成运放线性应用

实训九 集成运放的线性应用 内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路 一、实训目的 1.掌握集成运算放大器的使用方法。 2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。 3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。 二、实训测试原理 1. 反相放大电路 电路如图（1）所示。输入信号U i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈。 根据“虚断”概念，即i N =i p ，由于R 2接地， 所以同相端电位U p =0。又根据“虚短”概念可知，U N =U p ，则U N =U p =0，反相端电位也为零。但反相端又不是接地点，所以N 点又称“虚地”。则有 f 1i i =,1i = 1i R U ,f i =-f 0R U 则0U =-1 f R R i U 。 运放的同相输入端经电阻R 2接地,R 2叫平衡电阻，其大小为R 2=R 1∥R f 。 图（1） 反相放大电路 图（2） 同相放大电路 图（3） 电压跟随器 2. 同相放大电路 电路如图（2）所示。输入信号U i 通过平衡电阻R 2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈。根据“虚断”与“虚短”的概念，有N P i U U U ==，i N =i P =0；则得i 1f 0)1(U R U +=若1R =∞,0f =R ,则i 0U U =即为电压跟随器，如图（3）。

三、实训仪器设备 1.直流稳压电源 2.万用表 3.示波器 四、实训器材 1. 集成块μA741(HA17741) 2. 电阻10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×2 3. 电位器1KΩ×1 五、实训电路 图（3）反相比例运算实训电路 图（4）同相比例运算实训电路 六、测试步骤及内容 1. 反相比例运算实训

低噪声放大器设计与仿真

射频技术及其应用实验报告 系（院）：信息与通信工程学院 专业：通信工程 班级：通信 1 0 - 2BF 实验内容：低噪声放大器设计与仿真 姓名： 学号： 序号： 完成日期： 2 0 1 3 年 1 2 月 1 5日

一、低噪声放大器设计与仿真 1、基本原理放大器可分为低噪声放大器、高增益放大器、中功率放 大器和大 功率放大器。电路组态按工作点的位置一次分为A类、B 类、C 类3种。A类放大器用于小信号、低噪声，通常用作接收机前端放大器和功率放 大器或功率放大器的前级放大。B类和C类放大器电源效率高，输出信 号谐波成分高，需要有外部混合电路或滤波电路。 低噪声放大器，噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接 收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很 严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。 2、主要技术指标 1）频率范围2）增益3）噪声系数4）动态范围 3 低噪声放大器设计原则 1）放大器中放大管的选择 2）I/O匹配电路的设计原则 3）电路中需要注意的一些问题 4）低噪声放大器方便的设计手段 5）同行业低噪声放大器的发展水平 二、低噪声放大器的设计 1、晶体管直流工作点扫描

（1）创建一个新项目 ①启动ADS2009，选择MainWindows. ②执行菜单命令，按照提示选择项目保存的路径和输入文件名。 ③单击OK按钮，创建新项目。 ④单击，新建电路原理图窗口，开始设计滤波器。 （2) 选择 Sources- Ti m e s D om ai n类→选择控件→放置到原理图 中→双击修改属性使Vdc=VCE→选择控件→放置到原理图中→双击修改属性使I dc =IBB。 （3) 选择PtobeComponent s 类→选择控件放置到原理图中→在工 具栏中选取单击图标→查找元件pb_ph_AT41511_19950125放置到原理图中。 （4)选择→选择控件放置到原理图中，双击修改属性。 （5)选择控件→放置到原理图中→双击修改属性。 （6) 单击工具栏上的VAR图标→把变量控件VAR放置到原理图上→双击该图标设置属性。 （7) 选择Si mula t i on- S_Param并放置仿真器→双击修改属性。 （8) 单击接地图标，设置接地→单击工具栏上的图标把各个元件连接成所示电路图。

利用ADS仿真设计低噪声放大器内容摘要本文给出了利用ADS仿真

利用ADS仿真设计低噪声放大器 内容摘要：本文给出了利用ADS仿真设计低噪声放大器的设计方法及步骤，同时给出了该电路的优化仿真结果及电路性能在批量生产中的合格率。通过设计方法可以看出，利用ADS进行微波电路仿真，它不但很方便的得出最佳电路设计，同时也能对微波电路的容差特性进行了仿真分析，是微波产品设计的良好工具。 关键词：S参量仿真、噪声系数、稳定性、YIELD、Y4IELD优化仿真。 1．引言： ADS软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便，通常对于小信号特性可以进行S参量仿真（？），可以得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性。在电原理分析中可以利用仿真器YIELD进行电路的合格率分析，可以利用仿真器YIELD OPTIM进行电路最大合格率的优化分析，从而得到电路的最佳容差设计。利用ADS软件进行低噪声放大器的设计我们会采用以上的工具进行电路的设计与优化，输出一个合格率较高的产品设计，为最终产品的开发成功奠定良好的基础。 2．设计目标 在无线通信领域，为了提高接收信号的灵敏度，一般在接收机的最前端放置低噪声放大器，由于低噪声放大器的噪声系数较小，而接收系统经过合理的增益分布后，噪声系数主要由低噪声放大器决定，因此，降低低噪声放大器的噪声系数，是提高接收灵敏度的一种关键手段。本文讲述的是用PHEMT场效应管ATF34143进行电路第一级的设计方法。对于电路的第二级以及后续电路可以采用MMIC微波单片放大器完成。因此低噪声放大器的关键设计是电路的第一级。 我们利用ATF34143完成的第一级低噪声放大的设计目标是： 频率范围：1710MHZ~1980MHZ 增益：大于12dB 增益平坦度：每5MHZ带内小于0.2 dB 输入回波损耗：小于1.5 输出回波损耗：小于2.0 噪声系数：小于0.8dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗) 第二级对第一级呈现纯50Ω阻抗。 3．仿真设计： a)利用小信号S参量仿真A TF34143场效应管的最佳噪声系数下的源阻抗匹配及负载 阻抗匹配条件。首先我们根据器件特性选择最佳条件，我们选择V DS=3V ,I D=40mA 得到初始ATF34143的最佳噪声系数匹配条件， 图1 ATF34143最佳噪声匹配条件

低噪声放大器设计指南

低噪声放大器设计指南 文件标识：基础知识 当前版本： 1.0 作者：刘明宇 日期：2006.12.2 审阅\修改： 修改日期： 文件存放： 版本历史 版本作者日期修改内容 盖受控章 除非加盖文件受控章，本文一经打印或复印即为非

1．低噪声放大器在通讯系统中的作用 随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的普遍追求，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求，我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下： S = -174+ NF+10㏒BW+S/N (1) min 由上式可见，在各种特定（带宽、解调S/N 已定）的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。 低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。 2． 低噪声放大器的主要技术指标： 2．1 噪声系数NF 噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即： out out in in N S N S NF //= 对单级放大器而言，其噪声系数的计算为： 222min |1)||1(||4opt s opt s n R NF NF Γ?Γ?Γ?Γ+= 其中 F min 为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的， Γopt 、Rn 和Γs分别为获得 F min 时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、以及晶体管输入端的源反射系数。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算为： NF=NF 1+(NF -1)/G 1+(NF 3-1)/G 1G + (4) 22其中NF n 为第n级放大器的噪声系数，G n 为第n级放大器的增益。 在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为： T e = T 0 ( NF – 1 ) （5） 其中T e 为放大器的噪声温度，T 0 =2900 K，NF为放大器的噪声系数。 NF(dB) = 10LgNF （6） 2． 2 放大器增益G： 放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值： G=P out / P in （7） 从式（4）中可见，提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪

低频低噪声高增益放大器

低频低噪声高增益放大器 摘要 本设计共由5个模块构成: 直流电源, 选频网络, 两级放大(次级可控)模块, CPLD 控制模块, 显示和键盘. 信号发生器选用自制正弦波发生器, 经过电路自身的正反馈自激产生正弦波. 其放大网络稳幅增益Af为3, 为使其容易起振, 起振增益应大于3, 所以采用二极管自动调整放大增益. 带通滤波器 (3kHz-5kHz)应选用窄带滤波器, 故采用了二阶电压控制有源滤波器. 此种滤波器的频响曲线很对称, 带宽很窄. 放大器分为两级, 前级增益固定为200; 后级从1-15倍可调. 原理都为由反比例放大电路. 后级放大器选通开关由继电器控制. CPLD供给其控制信号, 因其高电平为5V, 逻辑非门需求12V, 故二者之间采用耦合芯片TPL521-4 连接. CPLD 将键盘数字(指示可控放大器的增益)选择信号译码, 送入可控放大器接口, 经过光耦和门逻辑, 进一步控制达林顿管的导通从而控制继电器的吸和, 同时经过显示译码送入数码管显示整体放大倍数. 人机接口共有2位拨码开关, 范围为1-15, 选定后产生脉冲送入CPLD译码. 数码管显示经CPLD译码驱动, 有两位数码管显示总放大倍数的千位和百位值. 一,方案论证与比较 1), 带通滤波器方案选择 方案1: 此方案(图1)是由纯电阻和电容组成的带通滤波网络, 本方案的优点是频率响应对称且中频4kHz可以满足(如图2所示), 但通频带较宽, 并且前后级相互影响较大, 故达不到题目的要求. 图1 图2 方案2:此方案是方案1的改进, 采用集成运放使前后级低通和高通网络隔开, 减弱其互相影响. 而且, 整体输入阻抗大幅度提高, 输出阻抗大幅度减小.但频响曲线对称性较差且通频带依然较宽. 图3 图4 方案3: 此方案采用电压控制式二阶带通滤波器(图5), 可以很精确的使通频带变窄为3kHz-5kHz. 且频响曲线对称, 中心频率恰好使4kHz(如图6所示). 故选择此方案. 图5 图6 2), 中频放大模块. 本题目的核心部分就是电压放大部分,采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标, 是我们成功的关键. a), 第一级放大器

低噪声放大器的设计制作与调试报告

微波电路CAD 射频实验报告 姓名 班级 学号

实验一低噪声放大器的设计制作与调试 一、实验目的 （一）了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。 （二）学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。 （三）掌握低噪声放大器的制作及调试方法。 二、实验内容 （一）了解微波低噪声放大器的工作原理。 （二）使用ADS软件设计一个低噪声放大器，并对其参数进行优化、仿真。 （三）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 （四）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、实验步骤及实验结果 （一）晶体管直流工作点扫描 1、启动软件后建立新的工程文件并打开原理图设计窗口。 2、选择File——New Design…进入下面的对话框； 3、在下面选择BJT_curve_tracer，在上面给新建的Design命名，这里命名为BJT Curve； 4、在新的Design中，会有系统预先设置好的组件和控件； 5、如何在Design中加入晶体管；点击，打开元件库； 6、选择需要的晶体管，可以点击查询； 7、对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型； 8、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描； 9、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 10对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型 11、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描 12、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 图1 BJT Curve仿真原理图

低噪声放大器的设计

低噪声放大器的设计 参数： 低噪声放大器的中心频率选为2.4GHz，通带为8MHz 通带内增益达到11.5dB，波纹小于0.7dB 通带内的噪声系数小于3 通带内绝对稳定 通带内输入驻波比小于1.5 通带内的输出驻波比小于2 系统特性阻抗为50欧姆 微带线基板的厚度为0.8mm，基板的相对介电常数为4.3 步骤： 1.打开工程，命名为dzsamplifier。 2.新建设计，命名为dzsamplifier。设置框如下： 点击OK后，如下图。

模板为BJT_curve_traver，带有这个模板的原理图可以自动完成晶体管工作点扫描工作。 3.在ADS元件库中选取晶体管。单击原理图工具栏中的， 打开元件库，然后单击，在 搜索“32011”。其中sp开头的原件是S参数模型，可以用来作S参数仿真，但这种模型不能用来做直流工作点扫描。以pb开头的原件是封装原件，可以做直流工作点扫描，此处选择pb开头的。 4.按照下图进行连接

5.将参数扫描控制器中的 【Start】项修改为Start=0. 6.点击进行仿真，仿真结束后，数据显示窗自动弹出。 如下图： 7.晶体管S参数扫描。 （1）重新新建一个新的原理图S_Params，进行S参数扫描。如下图：

点击OK后，出现： （2）在ADS元件库中选取晶体管。单击原理图工具栏中 的，打开元件库，然后单击，在 搜索“32011”。此处选择sp 开头的。 （3）以如图的形式连接。 （4）双击S参数仿真空间SP，将仿真控件修改如下。

（5）点击仿真按钮，进行仿真。数据如下图所示： （6）双击S参数的仿真控件，选中其中的【Calculate Noise】，如图 执行后：

(完整版)低噪声放大器设计仿真及优化毕业设计

低噪声放大器设计仿真及优化 摘要 快速发展的无线通信对微波射频电路如低噪声放大器提出更高的性能。低噪声放大器(LNA)广泛应用于微波接收系统中，是重要器件之一，它作为射频接收机前端的主要部分，其主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。它的噪声性能直接决定着整机的性能，进而决定接收机的灵敏度和动态工作范围。而近年来由于无线通信的迅猛发展也对其提出了新的要求，主要为：低噪声、低功耗、低成本、高性能和高集成度。所以本论文针对这一需求，完成了一个2.45GHz无线射频前端接收电路的低功耗低噪声放大器的设计。 本文从偏置电路、噪声优化、线性增益及输入阻抗匹配等角度分析了电路的设计方法，借助 ADS 仿真软件的强大功能对晶体管进行建模仿真，在这个基础上对晶体管的稳定性进行了分析，结合 Smith 圆图，对输入输出阻抗匹配电路进行了仿真优化设计，设计了一个中心频率为2.45GHz、带宽为100MHz、输入输出驻波比小于1.5、噪声系数小于2dB和增益大于15dB的低噪声放大器。 关键词：微波；低噪声放大器；噪声系数；匹配电路；ADS仿真

ABSTRACT Rapid growth of wireless data communications Microwave communication system receiver, as the main part of the RF front-end receiver, the function of the low noise amplifier is amplifying the faint signal which incepted from air by the antenna. It can reduce the noise jamming, so as to demodulate right information for the system. The noise performance of the LNA will affect the performance of the whole system directly, and then deciding the sensitivity and dynamic working scope of the receiver. From the aspect of bias circuit, noise optimization, linear gain, impedance match, and the design methodology for LNA is analyzed, This article carries on the modelling simulation with the aid of the ADS simulation software's powerful function to the transistor, the analysis in this foundation to transistor's stability, the simulation optimization design. a radio frequency power amplifier is designed, which 1.5, Noise coefficient less than 2dB and Wattandgain 15dB. Key Words：microwave;low-noise amplifier; noise figure; matching circuit; ADS simulation