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第1节 低噪声放大器指标

第1节 低噪声放大器指标
第1节 低噪声放大器指标

第1节低噪声放大器指标

低噪声放大器

低噪声放大器(LNA)是射频接收机前端的主要部分。

它主要有四个特点。

1)它位于接收机的最前端,这就要求它的噪声越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响,这要求有一定的增益,但为了不使后面的混频器过载,产生非线性失真,它的增益又不能过大。放大器在工作频段内应该是稳定的。

2)它所接收的信号是很微弱的,所以低噪声放大器必定是个小信号放大器。而且由于受传输路径的影响,信号的强弱又是变化的,在接收信号的同时又可能伴随着很多强信号的干扰,因此要求放大器有足够大的线性范围,而且增益最好是可以调节的。

3)低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或者天线的滤波器相连,放大器的输入端必须和它们很好的匹配,以达到功率最大传输或者最小的噪声系数,并能保证滤波器的性能。

4)低噪声放大器应该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。

低噪声放大器的所有指标都是互相牵连的,甚至是相互矛盾的。这些指标不仅取决于电路的结构,对集成电路来说,还取决于工艺技术。在设计中如何采用折衷的原则,兼顾各项指标,是很重要的。

1)低功耗

LNA是小信号放大器,必须给它设置一个静态偏置。而降低功耗的根本办法是采用低电源电压、低偏置电流,但伴随的结果是晶体管的跨导减小,从而引起晶体管及放大器的一系列指标的变化。

2)工作频率

放大器所能允许的工作频率和晶体管的特征频率Ft有关。减小偏置电流的结果会使晶体管的特征频率降低。在集成电路中,增大晶体管的面积会使极间电容增加,这也降低了特征频率。

3)噪声系数

任何一个线性网络的噪声系数可以表示为:

(4.1)

式中和是网络的输入端的等效噪声电压源和等效噪声电流源。

对于共射组态的单管双极型晶体管放大器的噪声系数又可以表示为:

(4.2)对于单管共源MOS场效应管放大器,当仅考虑沟道噪声时,场效应管放大器噪声系数为:

(4.3)由此可见两点:

a. 放大器的噪声系数和工作点有关,为了降低功耗而采用小电流偏置,结果是增大了噪声系数。

b. 晶体管放大器的噪声与基区体电阻有关,为了降低噪声,在集成电路设计时,可以用增大晶体管的面积来减小基区体电阻,但增大面积会

加大极间电容。

4)增益

低噪声放大器的增益要适中。过大会使下级混频器的输入太大,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相关。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,它的选频功能由其负载决定。

5)增益控制

低噪声放大器的增益最好是可以控制的。在通信电路中,控制增益的方法一般有如下几种:改变放大器的工作点,改变放大器的负反馈量,改变放大器的谐振回路的Q值等。这些改变都是可以通过载波电平检测电路产生自动增益控制电压来实现的。

6)输入阻抗匹配

低噪声放大器与其信号源的匹配时很重要的。放大器与源的匹配有两种方式:一是以获得噪声系数最小为目的的噪声匹配;二是以获得最大功率传输和最小反射损耗为目的的共轭匹配。一般来说,现在多采用后一种匹配方法。

匹配网络可以是纯电阻网络,也可以采用电抗网络。电阻网络适合于宽带放大,但它们要消耗功率,并增加噪声。采用无损耗的电抗匹配网络不会增加噪声,但只适合窄带放大。

7)线性范围

线性范围主要由三阶互调截点IIP3和1dB压缩点来度量。放大器的线性范围和器件、电路结构以及输入端的阻抗匹配网络都有关系。

8)隔离度和稳定度

增大低噪声放大器的反向隔离度可以减小本振信号从混频器向天线的泄漏程度。

引起反向传输的根本原因在于晶体管的集电极和基极间的极间电容以及电路中的寄生参数的影响,它们也是造成放大器不稳定的原因。

提高稳定性的有效措施有采用中和电容或者晶体管共发共基(或者共源共栅)结构。

第2节低噪声放大器的设计

低噪声放大器

无论采用Bipolar、Bi-CMOS或GaAs FET工艺技术设计低噪声放大器,其电路结构都是差不多的,都是由晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分组成。

下面将采用实际的例子来进行设计和分析。

例4.1 1.9GHz的CMOS低噪声放大器。

如下图4.1所示是1.9GH 0、6um工艺的CMOS低噪声放大器的电路原理图。

图4.1 1.9GH 0、6um工艺的CMOS低噪声放大器的电路原理图

这个电路的特点是:

a. 采用共源共栅级(cascode)电路。

b. 源极采用电感L2负反馈。

c. 负载L3与下级输入电容组成谐振回路。

d. 采用双端输入双端输出的差分形式。

下面我们将从偏置电路、输入阻抗匹配、噪声、增益和隔离度等几个方面来进行分析。

1)偏置电路(M4偏置图中省略)

M3和M1组成镜像电流源,M3的电流是由电源电压、电阻Rref以及M3的偏压Vgs共同决定。电阻Rbais选择得尽可能大,以使M3的噪声折合到LNA输入端的等效噪声电流源可以忽略。

2)输入阻抗匹配

输入阻抗为

(4.4)设输入信号角频率是,调谐输入回路使之在工作频率处串联谐振,即有

(4.5)

为与源阻抗匹配,令

(4.6)输入回路的Q值是

(4.7)3)噪声

当工作频率不是很高时,可以只考虑场效应管M1的沟道电阻噪声,即

(4.8)则噪声系数为

(4.

9)上式表明,增加输入回路的有载Qin可以改善噪声系数。这样就解决了低功耗和低噪声系数的矛盾。

4)增益

低噪声放大器的输出直接与混频器相连。低噪声放大器中的电感L3与混频器的输入电容及M2的输出电容组成并联谐振回路,调谐于输入信号频率,提高了LNA的增益。

由于采用谐振回路作为负载,因此它是窄带放大器,放大器的带宽取决于线圈L2和L3的Q值。

5)线性

采用双端输入双端输出差分对结构,以电感L2作为共源放大器的源极负反馈阻抗,这些措施都扩大了放大器的线性范围。

差分结构的放大器提高了共模抑制比,可以抑制来自数字电路部分和其它的干扰噪声。

6)隔离度

放大器构成了共源共栅接连组态,这种组合形式提供了最佳的输出输入间的隔离度,减少了极间电容的影响。

第1节分数分频器技术探讨

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数字频率合成器是新一代无线应用RF IC的核心,这种频率合成器和混频器一起用在超外差无线电接收机中,可以替代本机振荡器作为从RF载波中提取调制信号的工具。

近年来,根据传统整数倍频合成的基本概念提出了多种非整数倍频合成方法,其中有三种技术在业界最为著名,分别是以分数分频器、电流注入和Δ-Σ调节器为基础的分倍合成技术。

合成器中最基本的组成部件是锁相环(PLL),它是一个负反馈回路,输出信号的相位被强制跟参考信号一致。一个最基本的现代PLL由参考源、相频检测器(PFD)、电荷泵(CP)、回路滤波器和压控振荡器(VCO)组成。

VCO的输出在PFD里与参考信号进行相位比较,测得相位差的极性决定了电荷泵内的电流源是吸收还是送出电流,所以电荷会流入或流出回路滤波器内的电容器,电荷流动的数量与相差大小成正比。然后这又会去调整VCO调谐电压,使其相位滞后或超前,通过整个设计回路保证使相位误差得到校正。

PFD的功能同样是为了保证打开正确的电流源。当输入PFD的两路信号频率不同时,它会打开馈送或抽取电流开关,使VCO加快或减慢。当回路达到锁定条件后,所生成的信号频率就等于参考频率。

如果在VCO和PLL之间放置了分频器,PLL就成为一个频率合成器,其输出是参考频率的整数倍。分频器从本质上讲是由VCO锁定的状态机,它每隔N个VCO周期输出一个上升沿,这里N是预先确定好的数,表示频分比。由于回路使得分频器输出频率跟随参考频率,因此VCO比参考信号快N倍,即fvco=N×fref其中fvco表示VCO的输出频率,fref表示参考频率。上述方程表明频率合成器可看成是输入输出频率关系固定的倍频器。

如果频分比做成可自行设计的形式,它就是一个整数N倍频合成器。可编程分频器是一种可以带负载的数字计数器,其输出每隔N个VCO周期完成一个自身周期,类似一个简单的分频器。因为频分比可任意设计,所以输出频率fvco可以通过改变N加以改变。注意可合成的频率值只能是输入参考频率的整数倍,这就是整数N倍频合成器名称的由来。因此信道间距的最小值或频率步长就等于fref,这是整数N倍合成器的主要约束条件。

“N分”则是指最小频率步长可以是参考频率分数倍的合成器,换言之,合成频率可为参考频率的非整数倍,即fvco=fref(N+k/M)其中k和M都是整数。M表示N分合成器能提供的分频数量,通常称为“分频系数”或“分母”,k是0到M之间的任意数。非整数值N+k/M通常写作N.F,这里的圆点代表小数点,N和F分别代表该数字的整数和小数部分。

采用N分技术的分数分频器是根据整数N倍频合成器的基本原理发展而来的,唯一的区别在于分频器由分数分频器代替。分数分频器不再是简单的数字计数器,其输出周期Tdo由下式确定Tdo=(N+ 0.F)Tvco其中0.F代表一个分数值,Tvco是VCO的周期。这里需要强调的是一旦N和0.F确定之后,分数分频器输出信号的周期具有很理想的非时变特性,也就是说每隔N加0.F个VCO周期出现一个

上升沿。

对于整数N倍频合成器,Tdo被强制跟随参考周期,因此有Tref=(N+0.F)Tvco或fvco=(N+0.F)fref 其中Tref表示参考信号的周期。

典型的分频器采用双模分频器(DMD)、延迟闭锁环(DLL)、多路复用器(MUX)以及数字相位累加器(DP A)实现,不过应注意分数分频器不必使用DLL。DLL可由一组级联的可调延迟元件、PD、CP和D触发器构成,DLL中的负反馈保证通过延迟线路的总延迟是一个VCO周期。因为延迟元件理论上是一样的,所以相当于一个VCO周期被拆分为Nd个等相位“包”,这里Nd表示延迟线路上延迟元件数量。

简单的DPA由加法器和寄存器组成,它采用参考信号时钟,输入是一个m位的字。寄存器内容用来控制MUX,该内容在每个参考信号的上升沿随输入值x而增加,x也由一个m位字来描述,DPA的输出(也即加法器的进位输出)是输入的1位量化结果。累加器位数m与离散的相位“包”数目有关,即Nd=2m

DPA的输出控制DMD,当该进位输出是高电平时,DMD就除以N+1,而当进位输出是低电平时则除以N。从下面的例子中我们可以看到,对于DPA输入为x的分数频分比N+0.F就等于N+x/2m。例如DPA有4位,那么延迟线路就有8个元件,每个相位“包”对应于一个VCO周期的1/8。同样,假定输入等于2,其对应的0.F就等于2/8。在没有进位输出时,DMD除以N。然而其输出并不立即提交给PLL的PFD,而是被多路复用器控制或选择的多个相位信息包延迟一段时间。

信息包的数目等于DPA的内容,每过一个参考周期增加2,就是说输出根据每个参考周期相位信息包(0、2、4、6或8)数量递增而产生相移,其结果就是DMD输出周期增加了2/8个VCO周期,因此等效频分比变为N+0.25,这也是它应该得到的效果。当DPA的内容达到8以后,DPA将被复位,而D MD的输出不会被延迟线路延迟,但是这正好与一个令DMD除以N+1的进位输出重合,这就等于用DMD除以N,并且输出再延迟8个相位信息包(或一个VCO周期)。

第1节滤波器结构的选择

EMC 设计中的滤波器通常指由L,C 构成的低通滤波器。不同结构的滤波器的主要区别之一,是其中的电容与电感的联接方式不同。滤波器的有效性不仅与其结构有关,而且还与连接的网络的阻抗有关。如单个电容的滤波器在高阻抗电路中效果很好,而在低阻抗电路中效果很差。传统上,在滤波器两端的端接阻抗为50 欧姆的条件下描述滤波器的特性(这一点往往未被注意),因为这样测试方便,并且是符合射频标准的。但是,实践中源阻抗Zs 和负载阻抗Zi 很复杂,并且在要抑制的频率点上可能是未知的。如果滤波器的一端或两端与电抗性元件相联结,则可能会产生谐振,使某些频率点的插入损耗变为插入增益。

可见,正确选择滤波器的结构至关重要。究竟是选择电容、电感还是两者的组合,是由所谓的"最大不匹配原则"决定的。简言之,在任何滤波器中,电容两端存在高阻抗,电感两端存在低阻抗。图6.

1 是利用最大不匹配原则得到的滤波器的结构与ZS 和ZL 的配合关系,每种情形给出了

2 种结构及相应的衰减斜率(n 表示滤波器中电容元件和电感元件的总数)。

图6.1 滤波器的结构与ZS和ZL的关系

但是,如何判定Z,和乙的值是高或低,一些资料上并未作具体说明,实践中也往往不清楚。Zs 和ZL 的所谓的高值或低值的临界选取有一定的随机性,选取50n 作为边界值是比较合适的。顺便指出,在电子电路中,因信号一般较弱,而RC 低通滤波器对信号有一定的衰减,故很少使用。

功率放大器的技术指标

功率放大器的技术指标: 1) 输出功率:1额定输出功率:是指在一定的谐波失真系数和一定频率范围下所测的功率放大器的输出功率。 2最大输出功率:是指在一定的负载上,功率放大器在规定的谐波失真系数时,采用1000Hz 的正弦波检测信号所得到的连续最大的输出功率。业余条件下,功率放大器的额定输出功率可以通过下式进行换算: 额定输出功率=最大输出功率×0.8 额定输出功率=峰值功率×0.5 2) 放大增益:也为放大倍数,放大器的电压增益是指输出电压和输入电压之比,电流增益是指输出电流和输入电流之比,功率增益是指输出功率与输入功率之比。 3) 频率响应:反应了功率放大器对各种频率信号放大的情况。品质较高的功率放大器能够重放频率较宽的信号。一般的放大器频率响应均应在20Hz~20KHz 4) 信噪比:是指信号电平与噪声电平的比率,用S/N表示。S为信号电平,N为噪声电平。信噪比越高噪声越低。 5) 失真:是指放大器的输入信号与输出信号在几何形态上发生了变化。 其主要有:1谐波失真:由于放大器的非线性而产生的,会使声音走调。 2互调失真:是由各个频率信号之间相互调制而产生的,会使声音尖刺、混浊。 3相位失真:是由于放大器对于不同频率产生的相移不均而产生的。 4瞬态失真:会使声音变抖动、不清晰。 5交越失真:会使重放声产生间歇感。 6) 动态范围:是指放大器的最高输出电压与无信号时的噪声之比。其表示了功率放大器的重放声的动态范围和对微弱信号的表现能力。其会受输出功率的影响。 7) 瞬态响应:是指放大器对脉冲信号(瞬时大信号)的跟随能力。从声音的重放角度来看,瞬态响应较好,重放时就会干净、利落。否则会含糊不清。一般用转换速率SR来表示。转换速率是指在单位时间内信号电压的变化量,其单位是V/μs 。一般前置放大器的SR能够达到5V/μs就可以满足前置放大器的要求。一般功率放大器的SR能够达到50V/μs就可以达到高保真瞬态的要求。 8) 阻尼系数:是表示功率放大器的内阻的指标,它与扬声器的阻抗成正比,通常阻尼系数越大,扬声器的失真就越小。

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。

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。

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 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

高功率放大器(HPA)基础知识

高功率放大器(HPA)基础知识 1、用途及特点 在无线通信系统,高功放(HPA)是发信电路重要组成部份。通常,它由多级放大器构成,其输出端是发射链路最高电平点,它经双工器与发射天线连接。 HPA在发信电路部位如图1所示。 高功放主要作用,是在发射频率上,将低电平信号放大到远距离传输所要求的高功率电平。因频段、传输距离、天线增益、信号调制方式等因素,不同发射机HPA输出功率差异甚大。在常用微波频段(800MHz~28GHz)可从几十瓦到几十毫瓦不等。 高功放电路特点: (1)在大容量(或多载波)数字通信系统,设计HPA电路尤其是末级电路,常发生大功率输出与线性要求之间矛盾。经常采用三种解决办法 * 采用平衡放大电路,其合成输出功率较单管增加一倍且保持单管线性。在常用微波频段经常用下图所示正交混合电路(或3dB桥)实现功率合成。 * 采用预失真补偿电路,设计一个预失真网络使它产生的三阶互调与HPA三阶互调在输出合路器中相互抵消。构成方式如下图所示,

予失真补偿电路设计复杂、带宽窄,使用不普遍。 *在HPA前级设置自动电平控制(ALC)电路,通过末级输出耦合检波直流,控制PIN衰耗,保持输出功率恒定。防止因前级输入电平过高因饱和失真。该方法只能予防失真而不能改善失真, (注:ALC与大容量长距离数字微波采用的ATPC不同,前者是以保持发射机输出功率恒定,防止失真为目的,采用的是开环控制方式。而自动发射功率控制(ATPC)是发射机功率受控于对端接收电平,当电波传播发生深度平衰落时,提高发射功率,最大可达到额定功率。在正常传输时间里使发射功率小于额定功率10dB。采用的是闭环控制方式。是以减轻干扰、抗平衰落为目的。) (2)HPA采用的大功率器件都呈现极低的输入、输出阻抗,其阻抗实部绝对值很小,都在1~3欧姆左右,而容抗和引线电感很大。对这样的大功率器件进行输入、输出和级间匹配非常困难。因单片微波集成电路(MMIC)技术的发展,许多厂家已制造出输入输出内匹配的大功率器件,大大地缓解设计难度。 (3)HPA输出级必须要考虑空载保护。若与输出负载间发生严重失配(如,连接天线馈线开路或短路)末级与输出负载电路之间将产生大驻波电压,驻波峰值电压一旦落在器件漏极,它与供电电压迭加将使器件击穿。 在微波频段常采取二种保护方法,在4GHz以上频段借助于输出隔离器中的反向吸收负载R吸收反射波,它如下图所示, 在低频段常用定向耦合器(Diectional coupler)检测反射波,超出定值时自动切断功放电源并发出告警。工作示意图如下

功率放大器技术指标概述

功率放大器技术指标概述 工作频率范围Operating Frequency 放大器满足或优于指标参数时的工作频率范围。 输出功率Output Power: 放大器的输出功率有两种表示方式:饱和功率和1dB压缩点输出功率。前者是输出的最大功率,后者则是指增益下降1dB时的输出功率,前者一般大于后者。对脉冲放大器有峰值功率和平均功率之分,前者表示有信号时的输出功率,后者则是按时间平均后的功率,两者之间的关系与信号的占空比有关。 增益Gain 功放输入输出功率的比值。 增益平坦度Gain flatness 表示放大器在工作频段内功率增益的波动。 噪声指数Noise Figure 指的是功放输出端和输入端信噪比的比值。

输入输出三阶截取点IIP3,OIP3 反映放大器的线性特性的指标。具体指三阶谐波与输入端基波电平相同时对应的输入/输出功率电平。此指标与输入电平的大小和放大器的增益无任何关系。 电压驻波比VSWR 放大器通常设计或用于50Ω阻抗的微波系统中,输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统要求阻抗(50Ω)的匹配程度。用下式表示:VSWR = (1+|Γ|)/(1-|Γ|) 其中Γ=(Z-Z0)/(Z+Z0) VSWR:输入输电压出驻波比 Γ:反射系数 Z:放大器输入或输出端的实际阻抗 Z0:需要的系统阻抗

效率Efficiency 指输入电流×输入电压=总功率 效率=实际输出射频功率/总功率×100% 临道功率比ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) 用来衡量主信道的功率泄漏到相邻信道的多少,和放大器的线性、信号的调制等多因素有关。主要应用在象CDMA这样的宽频谱信号的研究上。 脉冲波的上升沿时间和下降沿时间Rise Time and Fall Time 上升沿时间:从脉冲波上升沿10%上升到90%所经历的时间; 下降沿时间:从脉冲波下降沿90%下降到10%所经历的时间; 脉冲宽度:两个脉冲幅值的50%的时间点之间所跨越的时间。 占空比Duty Cycle 在一串理想的脉冲序列中(如方波),正脉冲的持续时间(脉冲宽度pulse width)与脉冲总周期(Pulse cycle)的比值。

低噪声放大器的设计制作与调试

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。

13、按Simulate键,开始仿真,这时会弹出一个窗口,该窗口会现实仿真或者优化的过程信息。如果出现错误,里面会给出出错信息,应该注意查看。 14、仿真结束,弹出结果窗口,如下页图。注意关闭的时候要保存为适宜的名字。另外图中的Marker是可以用鼠标拖动的。由于采用的是ADS的设计模板,所以这里的数据显示都已经设置好了。一般情况下,数据的显示需要人为自行设置。 图2 典型仿真结果图 (二)晶体管S参数扫描 1、选定晶体管的直流工作点后,可以进行晶体管的S参数扫描,本节中选用的是S参数模型sp_hp_AT-41511_2_19950125,这一模型对应的工作点为Vce=2.7V、Ic=5mA; 2、选择File New Design…进入下面的对话框,在下面选择S-Params,在上面命名,为SP_of_spmod; 3、然后新的Design文件生成,窗口如下:

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

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:

功率放大器性能指标测试

功率放大器性能指标测试 1、测试要求: 1.1电源为额定工作电压±2%,频率50H Z±1HZ 1.2测试信号标准频率:模拟:1KHZ,数字997HZ,超低音:30HZ (常用:80HZ,40HZ,100HZ) 1.3整机必须工作在以下状态: 1.3.1主音量电位器置最大 1.3.2如果有中置、环绕、超低音、音量置0dB 1.3.3音调电位器置中点。 1.3.4如果有等串响度,置于OFF位置。 1.3.5如果有声场处理器,置于关断位置。 1.3.6如果有其它滤波器,置于关断位置。 1.3.7接上额定负载,测试时用假负载,不允许用喇叭作负载。 1.3.8当测试卡拉OK功能时,把混响、延时、效果关最小位置。2 3、使用设备:双通示波器:HITACHI V-252 单针毫伏表:KIKUSUI AVM23

信号发生器:LODESTAR AG-2603AD 失真仪:ZD ZQ4121A 负载电阻:8?、4?、6?或额定负载。 4、失真限制的输出功率。 4.1测试目的:主要了解该机的输出功率是否达到额定功率。 4.2测量方框图:如图1 4.3输入信号:输入信号为标准参考频率,信号电平为额定源电动 势电平。 4.4测量步骤: 4.4.1按规定将被测样置于1.3状态,各通道接上足够功率的额 定负载电阻。 4.4.2调节主音量电位器,直到输出电压的总谐波失真达到额定 值,测量输出电压V 4.4.3失真限制的输出功率按下公式计算:P=V2/R(“V”为额定失真限制的输出电压;“R”为额定负载的阻值。) 5、信噪比: 5.1测量目的:主要考核整机在静态状态下,噪声输出电平是否 达到指标要求。 5.2测量方框图:如图1 5.3测量输入信号:信号频率为标准参考频率,信号电平为:额 定源电动势电平 5.4测量步骤:

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NF16.0 dB;输入驻波比<2;输出驻波比<1.5。 1.1 器件选择 选择合适的器件,考虑到噪声系数较低、增益较高,所以选择PHEMT GaAsFET低噪声晶体管。在设计低噪声放大器前,首先要建立晶体管的小信号模型,一般公司都会提供具有现成模型的放大器件。这里选择Agilent公司的生产的ATF-54143。1.52~1.60 GHz频带内,设计反τ型匹配网络,该匹配网络由集总元件电感、电容构成。选择电感时,要选择高Q 电感。为了在模拟仿真中能够与实际情况相符合,选用Murata公司的电感和电容模型。这里选用贴片电感型号为LQWl8,贴片电容型号为GRMl8,电感LQWl8在1.6 GHz典型Q值为80。 1.2 直流偏置 在设计低噪声放大器中,设计直流偏置的目标是选择合适的静态工作点,静态点的好坏直接影响电路的噪声、增益和线性度。由电阻组成的简单偏置网络可以为ATF-54143提供合适的静态工作点,但温度性较差。可用有源偏置网络弥补温度性差的缺点,但有源偏置网络会使电路尺寸增加,加大了电路板排版的难度以及增加了功率消耗。在设计实际电路中,要根据具体情况选择有源偏置网络,或是电阻偏置网络。就文中的LNA而言,考虑到结构和成本,这里选择电阻无源偏置网络。采用Agilenl的ATF54143,根据该公司给出的datasheet 指标,设计Vds=3.8 V、Ids=ll mA偏置工作点。因为在电流为llmA时ATF-54143性能较好。电阻R3为100 Ω;R2为680 Ω;R1为60 Ω,如图1所示。

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

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

几种常用集成运算放大器的性能参数解读

几种常用集成运算放大器的性能参数 1.通用型运算放大器 A741(单运放)、LM358(双运放)、LM324(四运放)及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。μ通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例 2.高阻型运算放大器 ,IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347(四运放)及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。Ω这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>(109~1012) 3.低温漂型运算放大器 在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。4.高速型运算放大器 s,BWG>20MHz。μA715等,其SR=50~70V/μ在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、 5.低功耗型运算放大器 W,可采用单节电池供电。μA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10μ由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250 6.高压大功率型运算放大器 A791集成运放的输出电流可达1A。μ运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V, 集成运放的分类 1. 通用型 这类集成运放具有价格低和应用范围广泛等特点。从客观上判断通用型集成运放,目前还没有明确的统一标准,习惯上认为,在不要求具有特殊的特性参数的情况下所采用的集成运放为通用型。由于集成运放特性参数的指标在不断提高,现在的和过去的通用型集成运放的特性参数的标准并不相同。相对而言,在特性

微波低噪声放大器的主要技术指标、作用及方案设计

微波低噪声放大器的主要技术指标、作用及方案设计 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,而这也同时对系统的接收灵敏度提出了更高的要求。 1微波低噪声放大器的作用 一般情况下,一个接收系统的接收灵敏度可由以下计算公式来表示: 由上式可见,在各种特定(带宽BW、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,而决定接收机噪声系数的关键部件则是处于接收机 前端的低噪声放大器。 图1所示是接收机射频前端的原理框图。由图1可见,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微波低噪声放大器的主要技术指标 2.1噪声系数 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: 对单级放大器而言,其噪声系数的计算为: 其中Fmin为晶体管 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Fmin时的 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。其噪声系数的计算应为: 其中NFn为第n级放大器的噪声系数,Gn为第n级放大器的增益。 对噪声系数要求较高的系统,由于噪声系数很小,用噪声系数表示很不方便,故常用噪声温度来表示,噪声温度与噪声系数的换算关系为: 其中Te为放大器的噪声温度,T0=2900K,NF为放大器的噪声系数。 2.2放大器增益 放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率之比: G=Pout/Pin(7)

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:

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