毫米波单片低噪声放大器的研制
射频低噪声放大器电路设计详解
射频低噪声放大器电路设计详解 射频LNA 设计要求：低噪声放大器（LNA）作为射频信号传输链路 的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为 高性能射频接收电路的第一级LNA 的设计必须满足：（1）较高的线性度以抑 制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪 声;（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为50Ω;（4）尽可能低的功耗， 这是无线通信设备的发展趋势所要求的。 InducTIve-degenerate cascode 结构是射频LNA 设计中使用比较多的结构之一，因为这种结构能够增加LNA 的增益，降低噪声系数，同时增加输入级 和输出级之间的隔离度，提高稳定性。InducTIve-degenerate cascode 结构在输入级MOS 管的栅极和源极分别引入两个电感Lg 和Ls，通过选择适当的电感 值，使得输入回路在电路的工作频率附近产生谐振，从而抵消掉输入阻抗的虚部。由分析可知应用InducTIve-degenerate cascode 结构输入阻抗得到一个50Ω的实部，但是这个实部并不是真正的电阻，因而不会产生噪声，所 以很适合作为射频LNA 的输入极。 高稳定度的LNA cascode 结构在射频LNA 设计中得到广泛应用，但是当工作频率较高时 由于不能忽略MOS 管的寄生电容Cgd，因而使得整个电路的稳定特性变差。 对于单个晶体管可通过在其输入端串联一个小的电阻或在输出端并联一个大的 电阻来提高稳定度，但是由于新增加的电阻将使噪声值变坏，因此这一技术不 能用于低噪声放大器。 文献对cascode 结构提出了改进，在其中ZLoad=jwLout//（jwCout）-
低噪声放大器
C题——低噪声放大器2011年苏州地区高校“AMD”杯电子设计竞赛 小组编号：11044
摘要 本系统使用TI公司的OPA842运算放大器，TH3091功率放大器为主要控制器，辅以电源、MSP430系列单片机，LCD显示等电路。实现了低噪声放大的目标。OPA842提供了单片运算放大器无法实现的速度和动态范围水平的要求。主机采用LCD显示，用户界面友好。在系统设计上，尽可能的降低功耗，低噪声。整个系统结构清晰，经测试，该系统较好的实现了题目所要求的基本和发挥功能。 0引言 放大器的应用在工业技术领域中得到了广泛的认可，在许多场合下需要将传感器得到的微弱电信号放大来驱动相应的执行机构。比如电子秤，压力传感器转化
得到的电信号十分微弱，不足以驱动相应的显示功能和准确的被辨识，所以需要放大器将此微弱的电信号进行放大。本文设计实现了一个宽带增益放大器，采用220V 交流电供电，核心部分采用TI 公司的高速运算放大器OPA842进行前级放大，中间采用射级电压跟随器，采用电流反馈型功率放大器THS3091作为末级放大部分，驱动50Ω阻性负载。最终输出增益达到43.5dB ，最大不失真输出电压峰峰值达到15V 。输出信号采用AD637进行峰值检测，经过A/D 转换接入MSP430F149型16位单片机微控制器LCD 显示出峰峰值大小，并且能够用普通220V 交流电进行供电。带宽为20HZ —3M ，在达到3MHZ 后以40dB 的速率衰减。 1 方案设计与论证 1.1 系统总体方案 经过仔细的分析和论证，此宽带放大器将分为五个模块：前级放大电路，中级电压跟随电路，后级功率放大电路，峰值检测电路和单片机显示模块。前级放大器OPA842和电压跟随器OPA692需±5V 直流供电，后级功率放大器THS3091需±15V 直流供电，故考虑采用电源模块专门进行电源的输出。输入电压经过两级OPA842放大后，增益能够达到20倍以上，满足带宽后输出信号进入功率放大，输出电压峰峰值达到15V 。峰值检测出电压值经过AD 转换后可实时显示在LCD 上。 系统的总体方案图： 图
GPS低噪声放大器的设计
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： ()10lg in in out out S N NF dB S N ??= ??? 式中NF 为射频/微波器件的噪声系数；in S ，in N 分别为输入端的信号功率和噪声功率；out S ，out N 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： S L P P Gain = 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 一个微波管的射频绝对稳定条件是2 2 1112212212211,1,1K S S S S S S ><-<-。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ATF54143.zap,并进入ADS主界面,点击【File】——【Unarchive Project】进行安装。 (2)新建工程ATF54143_LNA_1_prj,执行菜单命令【File】——【Include/Remove Projects】将ATF54143_prj添加到新建工程中，这样新建工程就能使用器件ATF54143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ATF54143,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ATF54143的直流特性图如图2所示。
低噪声放大器的应用与发展状况及趋势
低噪声放大器的应用与发展状况及趋势 1 低噪声放大器的应用 低噪声放大器是现代无线通信、雷达、电子对抗系统等应用中一个非常重要的部分，常用于接收系统的前端，在放大信号的同时抑制噪声干扰，提高系统灵敏度。 如果在接收系统的前端连接高性能的低噪声放大器，在低噪声放大器增益足够大的情况下，就能抑制后级电路的噪声，则整个接收机系统的噪声系数蒋主要取决于放大器的噪声。如果低噪声放大器的噪声系数降低，接收机系统的噪声系数也会变小，信噪比得到改善，灵敏度大大提高。由此可见低噪声放大器的性能制约了整个接收系统的性能，对于整个接收系统技术水平的提高，也起了决定性的作用。 低噪声放大器是雷达、电子对抗及遥测遥控接受系统等的关键部件。L、S 波段低噪声放大器一般用于遥测、遥控系统。在电子对抗、雷达侦察中，由于要接收的信号的频率范围未知，其实频率范围也是要侦察的内容之一，所以要求接收系机的频率足够宽，那么放大器的频率也要求足够宽。而且，雷达侦察接收的是雷达发射的折射波，是单程接收；而雷达接收的是目标回波，从而使侦察机远在雷达作用距离之外就能提早发现雷达目标。灵敏度高的接收机侦察距离就远，如高灵敏度的超外差式接收机可以实现超远程侦察，用以监视敌远程导弹的发射，所以，要增高侦察距离，就要提高接收机灵敏度，就要求高性能的低噪声放大器。 在国际卫星通信应用中, 低噪声放大器的主要发展要求是改进性能和降低成本。由于国际通信量年复一年地迅速增加, 所以必须通过改进低噪声放大器的性能来满足不断增加的通信要求。因此, 要不懈地不断努力去展宽带低噪声放大器的带宽和降低其噪声温度。从经济观点出发, 卫星通信整个系统的成本必须减少到能与海底电缆系统相竞争。降低低噪声放大器的噪声温度是降低卫星通信系统成本的一种最有效的方法, 因为地面站天线的直径可以通过改善噪声温度性能而减小。 另一方面, 在国内卫星通信应用中, 重点放在低噪声放大器的不用维修特性以及低噪声和宽带性能, 因为在这些系统中越来越广泛地采用无人管理的工作方式, 特别在电视接收地面站中更是如此。 卫星通信用的低噪声放大器可以分为两种类型——低噪声参量放大器和场效应晶体管低噪声放大器。这些低噪声放大器用在几个频段内, 包括4GHz, 12
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。
低噪声放大器
低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)广泛应用于射电天文、卫星接收、雷达通信等收信机灵敏度要求较高的领域，主要作用是放大所接收的微弱信号、降低噪声、使系统解调出所需的信息数据。而噪声系数(Noise Figure，NF)作为其一项重要的技术指标直接反映整个系统的灵敏度，所以LNA设计对整个系统的性能至关重要。 1 GPS接收机低噪声放大器的设计 设计的LNA主要指标为：工作频率为1 520～1 600 MHz；噪声系数NF
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。
X波段单片低噪声放大器芯片
X波段单片低噪声放大器芯片① 彭龙新1,23,周正林2,蒋幼泉2,林金庭2,魏同立1 (1.东南大学微电子中心,江苏南京210096;2.南京电子器件研究所,江苏南京210016) 摘要:报道了X波段0.5μm G aAs PHE MT全单片低噪声放大器芯片。该放大器芯片由四级级联放大电路构成。芯片面积为2.43×1.85mm2。该放大器芯片在通带内测试结果为:在工作条件V D=5V(I D≤100mA)下,增益>26dB,噪声系数≤2.2dB,输入、输出电压驻波比<1.6∶1,平坦度≤±1dB,1dB压缩功率≥15dB?m,相位一致性≤±3°,幅度一致性≤±0.5dB。芯片尺寸为2.43mm×1.85mm。 关键词:微波单片集成电路;赝配高电子迁移率晶体管;低噪声放大器 中图分类号:T N722.3 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2004)03-0484-03 随着M MIC技术的日趋成熟,M MIC元件体积小、重量轻、可靠性好、一致性好、成本低等优势得到了充分的发挥。这为相控阵雷达的小型化、实用化提供了保证。本文报道的X波单片段低噪声放大器,其噪声系数小,增益高,输入输出电压驻波好,相位线性度好,幅相一致性好,成品率高,可批量生产,其性能指标完全满足相控阵雷达T/R 组件的要求。 1 电路设计及单片工艺 该单片低噪声放大器的电路设计中采取了集总和分布参数电路混合匹配。为了实现大于26dB 的增益,该单片采用了四级级联放大电路。第一级电路主要解决噪声系数,功率增益和输入驻波比。第二级电路主要解决功率增益匹配同时兼顾噪声系数。三、四级电路主要解决功率增益匹配和输出驻波比。为了使用方便,每一级都采用自偏电路设计。该放大器输入输出端通过电容隔直,可靠性高。电路原理图见图1。在PHE MT源端增加电感引入串联反馈,这样,放大器获得低噪声系数的同时也有良好的电压驻波比。由于串联的电感比较小,用一段终端短路的微带线即可。为了使芯片在较宽带宽范围内获得比较平坦的增益,同时实现小于1.5∶1的输入输出电压驻波比,电路中每一级都采用了有耗匹配。在电路设计过程中,充分考虑了工艺公差对电路的影响,允许每个元件在其工艺 公差范围内变化,从而保证了产品有较高的成品率。利用微波在片测试系统测量了小信号参数,并由S参数建立了小信号模型。利用噪声技术提取了PHE MT的噪声参数,并建立了噪声模型。 由于PHE MT具有2DEG,提高了器件的跨导,保留了G aAs表面,减小了工艺敏感等优点,所以我们选择PHE MT作为有源器件。PHE MT栅长0.5μm,第一级PHE MT栅宽300μm,中间级的PHE MT栅宽为450μm,末级PHE MT栅宽为600μm,这一组合可以在有效降低放大器工作电流同时获得较大的输出功率。电路中的电阻是金属膜电阻,其准确性与一致性好。电路中电容为MI M 电容和叉指电容。 为了减小热阻、便于背面通孔,将芯片减薄到100μm。PHE MT栅电极上用T iPtAu合金,源、漏欧姆接触合金采用AuG eNi。用SiN做钝化材料 。 图1 电路原理图 Fig.1 Circuit schematic diagram 第28卷 第3期V ol.28№.3 稀 有 金 属 CHI NESE JOURNA L OF RARE MET A LS 2004年6月 June2004 ①收稿日期:2003-04-20;修订日期:2003-08-18 作者简介:彭龙新(1962-),男,江西莲花人,博士研究生,高级工程师;研究方向:微波毫米单片集成电路(M3IC)设计与测量3通讯联系人(E2mail:eleplx@https://www.wendangku.net/doc/704344797.html,)
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
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
毫米波单片低噪声放大器的研制
第40卷第3期2010年5月 东南大学学报 (自然科学版) J OURNAL OF SOUTHEA ST UN I VERSITY (N at u ral S ci ence E diti on) V o.l 40N o .3 M ay 2010 do i :10.3969/.j issn.1001-0505.2010.03.003 毫米波单片低噪声放大器的研制 严蘋蘋 陈继新 洪 伟 (东南大学毫米波国家重点实验室,南京210096) 摘要:采用OMM I C 0 18 m G aA s pHE M T 工艺,研制了两级和三级2种毫米波单片低噪声放大器.以最小噪声度量为设计依据,通过适当提高偏置电流的方法改善毫米波频段的增益,使得 放大器在保持噪声系数较小的同时获得较高的增益.两级低噪声放大器采用串联负反馈结合并联负反馈的结构,可以获得比较平坦的增益;三级低噪声放大器采用三级相似的串联负反馈结构级联,可以紧凑结构、在相同的芯片尺寸下获得较高的增益,2种低噪声放大器芯片的尺寸均为1 5mm 1.0mm.测试结果表明,在28~40GH z 频段内,两级低噪声放大器增益最大为15 4dB 、噪声系数最小为3 2dB;三级低噪声放大器增益最大为24 8dB 、噪声系数最小为2 73dB,达到预期目标. 关键词:低噪声放大器;砷化镓;毫米波;噪声系数 中图分类号:TN72 文献标志码:A 文章编号:1001-0505(2010)03 0449 05 Design and implem ent ation ofm onolit hic m illim eter wave l ow noise a m plifiers Y an P i n p i n Chen Jix in Hong W e i (S tat e K ey L aboratory of M illi m et erW av es ,S out h eastUn iversity ,N an ji ng 210096,C h i na) Abst ract :Tw o m illi m eter w ave low no ise a m p lifi e rs (LNA )are designed and i m p le m ented w it h an OMM I C 0 18 m G aA s pHE M T (pseudom o rphic h igh e l e ctr on m obility transistor)process .The a m p lifi e rs are designed based on m i n i m um no ise m ea sure ,and a m ethod o f i n creasi n g bias current is adopted to i m prov e t h e ga i n .Thus the LNA can ob tain h igher g ain w hile keeping a l o w no ise figure at a m illi m eter w ave frequency band .The t w o stage LNA uses seri e s and paralle l feedback in d iffer ent stag es to ach ieve flat ga i n .The three stage LNA uses three series feedback stages to ach i e ve high ga i n i n the sa m e ch i p size .The ch i p sizes of bo t h the LNA s are 1 5mm 1.0mm.I n the frequency range o f 28to 40GH z ,t h e t w o stage LNA achieves a m ax i m u m ga i n of 15 4dB and a m ini m u m no ise fi g ure o f 3 2dB ,and the three stage LNA ach ieves a m ax i m um ga i n o f 24 8dB and a m i n i m u m no ise figure o f 2 73dB.A cco rding to the test resu lts ,the a m plifiers can operate w ell a t 28to 40GH z .K ey w ords :l o w no ise a m plifier ;G a A s ;m illi m eter w ave ;no ise fi g ure 收稿日期:2009 10 10. 作者简介:严蘋蘋(1978 ),女,博士,讲师,ppyan @e m fi el d.o rg .基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2010CB 327405)、国家自然科学基金委创新研究群体科学基金资助项目 (60921063). 引文格式:严蘋蘋,陈继新,洪伟.毫米波单片低噪声放大器的研制[J].东南大学学报:自然科学版,2010,40(3):449 453.[do:i 10.3969/.j iss n.1001-0505.2010.03.003] 放大器广泛应用于微波毫米波无线通信、雷达、射电天文等系统中[1 2] ,其性能对整个系统有着十分重要的影响.低噪声放大器通常位于接收机的第1级 [3] ,面临包含各种噪声的微弱信号,必须有 足够低的噪声系数,同时提供适当的增益,以保证信号的正确接收.早期的微波毫米波放大器依赖于 速调管和行波管等电子管器件[1 2] .自20世纪70年代以来,随着固态器件的发展,放大器开始采
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。
浅谈低噪声放大器的设计
浅谈低噪声放大器的设计 摘要为提高低噪声放大器的增益，降低接收机系统的噪声系数，宜采用多级低噪声放大器。本文介绍了低噪声放大器的设计方法及单级低噪声放大器间的级连方式，详述了采用传输短接线方式进行级间匹配级连的过程，通过比较传输短接线和匹配网络两种级连方式的效果，建议电子设备应根据接收机系统对噪声和增益指标的要求来合理选择低噪声放大器间的级间方式，以达到经济实用设计功效。 关键词低噪声放大器;级连;匹配;S参数;增益平坦度 前言 随着电子科技工业的飞速发展，对雷达、通信、电子对抗、遥感测控等系统技术的要求也越来越高，功率辐射小，稳定性好，频带宽，作用距离远等技术已成为电子装备科研生产单位的普遍追求，这对系统的接收灵敏度也提出了更高的要求。 1 接收机系统灵敏度 接收机系统灵敏度即接收机系统可以接收到的并仍能正常工作的最低信号强度，为保持接收机正常工作的最小可接收信号强度，灵敏度可用功率来表示。我们知道，如果没有噪声，那无论多么微弱的信号，只要充分地加以放大，信號总是可以被检测出来的。但在实际应用中，噪声是不可避免存在的，它与微弱信号一起被放大或被衰减，影响着接收机对信号的辨别，噪声成为限制接收机灵敏度的主要因素，因此，接收机的低噪声设计就显得尤其重要。接收系统灵敏度的计算公式如下： P=kTOBNF（W）（1） 式中，k为波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K，TO为接收机工作环境的绝对温度，TO=290k，B为系统带宽，NF为接收机噪声系数，P为最小可检测功率。 由公式（1）可知，在系统带宽确定、工作环境相对稳定的通信系统中，要提高系统灵敏度（最小可检测功率越小），关键就是降低接收机的噪声系数NF。接收机的噪声系数是由位于接收机最前端的放大器决定的，也即我们通常所说的低噪声放大器，低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收来的微弱信号，降低噪声的干扰，使系统能解调出所需的信息数据[1]。 单级放大器的增益一般不能满足系统接收机的要求，通常需要采用多级放大器来达到系统接收机对增益要求。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算公式为：
低噪声放大器--产品规格
低噪声放大器 一种位于放大链路输入端，针对给定的增益要求，引入尽可能小的内部噪声，并在输出端获得最大可能的信噪比而设计的放大器。 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。 低噪声放大器low noise amplifier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 低噪声放大器 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 低噪声放大器 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。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。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级联的低噪声放大电路。 应用 噪声放大器(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最佳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， 低噪声放大器 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同级产品最佳的噪声指数。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
(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
关于低噪声放大器的设计详细剖析
关于低噪声放大器的设计详细剖析 在整个接收系统中，低噪声放大器总是处于前端的位置。整个接收系统的噪声取决于低噪声放大器的噪声。与普通放大器相比，低噪声放大器一方面可以减小系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面放大系统的信号，保证系统工作的正常运行。总之，低噪声放大器的性能不仅制约了整个接收系统的性能，而且，对于整个接收系统技术水平的提高，也起了决定性的作用。 1 低噪声放大器的设计指标 低噪声放大器的主要性能指标包括：稳定性、功率增益、噪声系数、增益平坦度等，在这些指标之中噪声系数和放大增益对系统性能的影响较大。因此对低噪声放大器的设计主要从稳定性、功率增益、噪声系数、输入输出电压驻波比等方面进行考虑。 1．1 稳定性 放大器电路必须满足的首要条件之一是其在工作频段内的稳定性。因为假如在设计和制造放大器时不谨慎从事，在微波频率上一些不可避免的寄生因素往往足以引起振荡。 所以为了保证电路的稳定性，主要采取以下措施：1）可以在源极引入负反馈，使电路处于稳定状态；2）采用铁氧体隔离器能稳定电路；3）在漏极串联电阻或∏型阻性衰减器，通常接在低噪声放大器末级或末前级输出口。而目前提高电路稳定性常用的是引入负反馈。 1．2 功率增益以及增益平坦度 放大电路的增益是放大电路最重要性能指标，也是设计放大电路的一个基本参数。因此在放大器的设计中增益指标的完成很是重要，功率增益主要有3种描述方式：可用功率增益GA，工作功率增益GP，转换功率增益GT。 增益平坦度对于低噪声放大电路来说，就是全频带范围内增益变化要平缓，不允许增益变化陡变。 1．3 噪声系数 噪声系数是LNA的另一重要指标，如果接收系统噪声系数过大，信号会被噪声埋没，致