低噪放设计.docx

低噪放设计.docx低噪声放大器 设计报告
学生姓名：李江江学号：201221040234单位：物理电子学院
一、 技术指标：
频率： GHz~ GHz 噪声系数： dB (纯电路噪声系数不考 虑连接损耗)
增益：大于20dB 增益平坦度：
输入输出驻波比：：50
二、 理论分析
低噪声放大器(LNA)在接收机系统中处于前端,主要作用是放大接收到的微 弱信号，降低噪声干扰。LNA的设计对整个接收机性能至关重要，其噪声系数(NF) 直接反映接收机的灵敏度。随着通讯、雷达技术的发展，对微波低噪声放大器也 提出了更为严格的要求。利用微波电路CAD设计软件，结合可靠的LNA设计理 论来进行电路设计，可以避开复杂的理论计算，极大地提高设计准确性和效率， 有效缩短研制周期，降低成本o(ADS)软件是Agilent公司 在HPEES OF系列EDA软件基础上发展完善的大型综合设计软件，它功能强大，能够 提供各种射频微波电路的仿真和优化设计，广泛应用于通信、航天等领域，是射 频工程师的得力助手。本文着重介绍如何使用ADS进行低噪声放大器的仿真与 优化设计。
LNA的性能指标主要是噪声系数、增益、工作频带、电压驻波比和带内平坦 度等，尤其是噪声系数和增益对整机性能影响较大。要实现理想功率传输，必须 使负载阻抗与源阻抗相匹配，这就需要插入匹配网络。放大管存在最佳源阻抗 Zsop,t LNA的输入端应按Zsopt进行匹配，此时放大器的噪声系数为最小。而为 了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比，输出端则采用输出共跑匹配。如果 增益不够，则需要采用多级放大电路。原则上前级放大器相对注重噪声系数性能， 后级放大器则相对注重增益性能。也就是说，输出端口和级间针对增益最大和平 坦度进行匹配电路设计。
LNA低噪声放大器的主要指标如下：

6,端口驻波比和反射损耗
三、设计过程:
(1)直流分析
晶体管S参数的测量并确定工作点。利用ADS的S参数仿真在所需要的频 带内求出低噪管的S参数，并与手册所提供的S参数对比，通过调整栅源电压 VGD不断修正S参数最终得到合适的偏置电路。
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图1偏置电路图
Values at bias point indicated by marker ml. Move marker to update.
Device Power
VDS Consumption, Watts


60 —
40 —
20 —
J

E-17
ml
VDS=
=
VGS=-
图2直流扫描
综合上述分析，选择晶体管直流设计为VDS=2 V, IDS=10mAo
2偏置电路设计
依据ADS里直流偏置的仿真，取Id=10mA, Vds=2V,此时Vgs=- 右。这种无源偏置电路容易理解，不像有源电路那么复杂。和单电压供电的自 偏压电路相比，这种电路要提供双电压。但是由于自偏压电路会引入反馈，这个 反馈在稳定工作点的同时也降低了增益，加大了噪声，所以没有采用自偏压电路。 偏置电路原理如下图所示。
图3偏置电路原理图
图4稳定性判断电路原理图
3稳定性的判断
稳定性的判断可以通过K-△公式或源端和负载端稳定系数圆来判断，前者通 常用来判断放大器是否处于绝对稳定的情况。对于低噪声放大器的第一级，主要 性能是以降低噪声系数为目标的，故常处于条件稳定的情形，而设计最大增益放 大器时采用双端共匏匹配，这时候射频电路必须处于绝对稳定才能保证复数共跑 同时成立。判断稳定性的方法有很多，我们只要选一种就可以了。原理图如图4 如示，ADS仿真的结果中的表格可以看出K<1, Bl>0,所以放大器是不稳定的。
m2
freq=
StabFactl=
freq, GHz
m3
freq= StabFactl=
图5 ADS仿真结果
在源极添加一个小电感，引入负反馈，使放大器工作在稳定区。最后替换为 一节微带线。
图7替换为微带后的电路图
m2
freq= Stab F act 1 =
m3 freq= StabFact! =
freq, GHz