低噪声放大器 lna 的网络匹配设计方法研究..doc

低噪声放大器_lna_的网络匹配设计方法研究.&,用于实现设备之间的无线连接和信息交换。低噪声放大器(low-noiseamplifier,简称LNA是射频接收机前端的主要组成部分。低噪声微波晶体管放大器主要是在宇宙通讯、雷达、电子对抗、遥测遥控、射电天文、大地绘测、微波通信、电视以及各种高精度微波测量系统中实现对微弱信号的放大。它主要有下面四个特点。首先,它位于接受机的最前端,这就要求它的噪声系数越小越好,同时,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,但是为使后面的混频器不过载,并产生非线性失真,它的增益又不能太大,因此要求低噪声放大器在工作的频段是稳定的。其次,因为它接受的信号是微弱的,所以低噪声放大器必定是一个小信号线性放大器,又由于受传输路径的影响,信号的强弱是变化的,在接受信号时有可能伴随着许多强干扰进入,因此要求放大器有足够的线性范围,而且增益是可调的。第三,低噪声放大器一般是通过传输线直接和天线或天线滤波器相连,放大器必须与它们有良好的匹配,以达到功率最大传输和具有最小噪声系数,并且保证滤波器的性能。第四,应具有选频功能,可抑制带外和镜象频率干扰,因此它一定是频带放大器。综上所述,晶体管微波放大器的基本要求是低噪声系数、足够的增益、工作稳定可靠、足够的带宽和较大的动态范围等。本文给出了一种应用Ansoft公司的Designer软件包进行LNA输入和输出设计的方法。1LNA的组成低噪声放大器基本由放大器件(微波晶体管、输入匹配网络、输出匹配网络组成。匹配网络由微线和分支调节器以及波长阻抗变换器组成。图1为微波低噪声放大器网络的基本组成。其中,a1、b1和a2、b2是放大器输入端和输出端的归一化入射波和反射波;ZS是经输入匹配网低噪声放大器(LNA的网络匹配设计方法研究吴国增1,杨颖2(,重庆400065;,山东聊城250014摘要:研究分析了低噪声放大器的设计方法,介绍了低噪声放大器的特点,同时还介绍了低噪声放大器的网络组成和性能指标。给出了应用一种网络匹配法设计的低噪声放大器,并对电路进行了S参数和NF的仿真,并采用Asoft公司的Designer软件包通过模拟集成电路国家重点实验室双极晶体管模型进行了设计分析。结果证明:这种应用SmithTool工具设计网络匹配电路具有方便快捷的优点,可符合工业基本要求。关键词:低噪声放大器;Smith圆;噪声系数;Designer收稿日期:2006-08-;ZL是经输出匹配网络向负载看去的阻抗;Z1是放大器输出端接ZL时的输入阻抗;Z2是放大器输入接ZS时输出阻抗;放大器器件的S矩阵为:S=S11S12S21S22!"(1放大器的S参量方程为:b1b2!"=S11S12S21S22!"a1a2!"(2S21表示增益,较大的增益有助于减小后级电路噪声的影响,但会引起线性度恶化;S11和S22分别表示输入输出匹配,它们决定输入输出端射频滤波器的频响;S12表示反向隔离的程度好坏。设放大器的两端参考阻抗为Z0,则ZS、ZL、Z1和Z2可用参考阻抗Z0的匹配程度相应的反射系数ΓS、ΓL、Γ1和Γ2来表示。分别为:ΓL=ZL-Z0ZL+Z0;ΓS=ZS-Z0ZS+Z0;Γ1=Z1-Z0Z1+Z0;Γ2=Z2-Z0Z2+:Fn=F1+F1-1G1+F2-1G1G2+K(3式中,Fn为n级放大器的噪声系数,Gn为第n级放大器的增益。第一级放大器的噪声性能对整个放大器的性能起决定性的作用,该放大器必须能在宽频带内实现噪声匹配。单级放大器的噪声系数计算公式为:F=Fmin+4RnΓS-Γout21-ΓS2#$1-Γopt2(4式中,Fmin为晶体管的最小噪声系数,是由放大器管子本身决定的;Γopt、ΓS和Rn分别为获得最佳反射系数、晶体管输入端源反射系数和晶体管的等噪声电阻。由于放大器的噪声系数与信号源的阻抗有关,因而与负载无关。一个晶体管,当它的源端所接信号源的阻抗等于它所求的最佳源阻抗时,由该晶体管构成的放大器的噪声系数最小。又因为第一级噪声系数具有决定性作用,所以第一级放大器必须实现最佳噪声源阻抗设计。,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。低噪声放大器是频带放大器,它的选频功能由负载决定。LNA的负载一般有两种形式,一是采用调谐