第6章 低噪声放大器

低噪声放大器的原理
低噪声放大器是一种电子设备，用于放大电信号，同时尽量减小噪声的干扰。

其原理主要包括以下几个方面：
1. 输入电路设计：低噪声放大器的输入电路采用高阻抗、低噪声的元件和结构设计，以减小对输入信号的干扰。

常见的设计技巧包括使用高阻抗输入电路、采用薄膜电阻、陶瓷电容等元件，以及合理布局和屏蔽设计等。

2. 放大器结构：低噪声放大器通常采用共基极、共集极或共源极等结构，以提供高增益和低噪声。

其中，共源极结构被广泛应用于射频放大器，其工作原理是利用场效应管的高输入阻抗和低噪声系数。

3. 负反馈设计：通过引入负反馈，可以有效降低放大器的噪声系数。

负反馈可以利用输出与输入之间的比例关系来抵消放大器内部的噪声。

常见的负反馈设计技巧包括采用电阻网络、差分输入等。

4. 电源噪声抑制：低噪声放大器需要通过设计合理的电源滤波电路来减少电源噪声的影响。

这可以通过使用电源滤波电容、电感等元件来实现。

总体来说，低噪声放大器通过合理的电路设计和结构选择，以及负反馈和电源噪声抑制等技术手段，目的是尽量减小放大器本身引入的噪声，从而提供纯净的放大信号。

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<O．50 dB；增益G>16．0 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。

低噪声放大器工作原理介绍低噪声放大器（Low-Noise Amplifier，简称LNA）是一种常见的电子器件，其主要功能是将弱信号放大到足够的水平，以便能够有效地进行后续信号处理。

在无线通信、雷达系统等领域中，低噪声放大器起着至关重要的作用，它能够在信号传输过程中尽可能地减小噪声的加入，从而提高系统的信噪比。

工作原理低噪声放大器的工作原理涉及到放大器的各个组件和信号传输路径。

下面将详细介绍几个关键原理。

1. 放大器的输入部分低噪声放大器的输入部分通常包括天线、匹配网络和LNA芯片。

天线将接收到的微弱信号送入匹配网络，匹配网络对输入信号进行适当的调整，以保证信号能够最大程度地被传输到LNA芯片。

匹配网络的设计需要考虑到天线的阻抗、传输线等因素，以实现最佳的信号匹配。

2. 低噪声放大器的放大部分LNA芯片是低噪声放大器的核心组成部分，它负责将输入的微弱信号放大到合适的水平，同时尽可能地减小噪声。

为了实现低噪声放大，常见的设计方法包括：•使用低噪声场效应管（Low-Noise Field-Effect Transistor，简称LNA-FET）作为放大器的核心器件。

LNA-FET具有低噪声系数和高放大增益的特点，适合用于接收微弱信号。

•通过负反馈实现噪声抑制。

放大器的输出信号通过反馈回路与输入信号相比较，通过调节反馈网络的参数，可以抑制噪声的传输，从而提高信噪比。

•优化器件的工作状态和工作电压。

选择合适的工作状态和电压可以降低器件本身产生的噪声，并提高整个放大器系统的性能。

3. 噪声源和噪声参数低噪声放大器的性能评价与噪声参数密切相关。

主要的噪声源包括器件本身的噪声、传输线的噪声、温度噪声等。

常见的噪声参数有：•噪声系数（Noise Figure，简称NF）：衡量放大器引入的噪声相对于理想放大器引入的噪声的影响程度。

噪声系数越低，表示放大器的噪声性能越好。

•噪声温度（Noise Temperature）：用来表示放大器产生的等效噪声温度。

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。

低噪声放大器原理
低噪声放大器的工作原理可以简单地概括为：接收输入信号，放大信号，输出信号。

将信号输入到放大器中，放大器通过增加信号幅度来提高信噪比，然后将信号输出到后续的电路中。

由于LNA需要将信号从噪声背景中提取出来，因此需要尽可能减小放大器本身产生的噪声。

在这个过程中，放大器单元的噪声也被放大，因此输出信号中包含有噪声。

为了减小放大器本身的噪声，需要在放大器单元前后加上合适的匹配网络，使得输入信号的功率得到最大化，而噪声功率得到最小化。

LNA的噪声主要来自两个方面：器件本身的噪声和放大器的失真。

为了减小器件本身的噪声，可以使用低噪声晶体管等低噪声器件，并采用合适的工艺和布线方式，减小器件之间的串扰和互感。

为了减小失真，可以使用高线性度的器件，采用反馈电路等方法来提高放大器的稳定性和线性度。

具体地，当输入信号进入输入网络时，它会被匹配到放大器单元的输入阻抗，并通过放大器单元的放大作用，使得信号的幅度得到增大。

低噪声放大器1. 引言低噪声放大器（Low-Noise Amplifier，LNA）是一种广泛应用于无线通信系统中的重要电路器件。

它的主要功能是将来自天线的微弱信号放大到一个足够强度，以便后续电路可以有效地处理。

在无线通信系统中，LNAs通常作为接收链路的第一级放大器，承担着放大微弱信号、增加系统灵敏度、提高信噪比的关键任务。

本文将介绍低噪声放大器的工作原理、性能指标以及常见的设计技术，希望能帮助读者更好地理解和应用低噪声放大器。

2. 工作原理低噪声放大器的工作原理与一般放大器相似，都是通过引入外部直流电源，利用放大元件（例如晶体管）的放大特性，将输入信号放大到所需的幅度。

与一般放大器不同的是，低噪声放大器在设计上注重将输入端的噪声最小化。

这是因为在无线通信系统中，接收链路中的噪声是非常重要的考量因素。

LNAs需要尽可能地放大微弱信号，同时不引入过多的噪声，以保持系统的信噪比。

为了实现低噪声的放大，低噪声放大器采用了一系列的设计技术和电路拓扑。

接下来，我们将介绍一些常见的设计技术。

3. 设计技术3.1 硅锗杂化放大器硅锗杂化放大器是一种常见的低噪声放大器设计技术。

它采用硅和锗两种材料的结合，兼具硅和锗的优点。

硅材料具有良好的集成性能和工艺制造能力，而锗材料具有较高的迁移率和较低的噪声系数。

因此，硅锗杂化放大器能够在保持良好集成性能的同时，实现较低的噪声指标。

3.2 噪声系数优化噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要指标之一。

为了优化噪声系数，设计者可以采用一系列的技术手段，例如：•尽量采用低噪声的放大元件，例如高迁移率的晶体管；•优化电源的供电电压和电流，以减小噪声；•使用电流源对放大电路进行偏置，以提高放大器的线性度。

3.3 反馈放大器设计反馈放大器是一种常用的放大器设计技术，也可以应用于低噪声放大器的设计中。

通过适当选择反馈回路的参数和拓扑结构，可以有效地减小放大器的噪声系数。

在反馈放大器中，一部分输出信号经过反馈回路与输入信号相叠加，形成反馈信号，从而减小噪声。

低噪声放大器原理
低噪声放大器是一种用于增强电信号的电子设备，同时尽量减小噪声的影响。

其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 输入缓冲器：低噪声放大器的第一阶段通常是一个输入缓冲器，用于隔离外部电路和后续放大器之间的电路功率。

输入缓冲器通常由晶体管、场效应管等构成，并具有高输入阻抗和低输出阻抗。

2. 增益放大器：增益放大器是低噪声放大器的核心部分，其作用是放大输入信号的幅度。

为了实现低噪声的目标，通常采用高品质因数的放大器，如共栅放大器、共源放大器等。

此外，为了进一步降低噪声，还可以利用负反馈技术，通过引入一个衰减信号对输入信号进行抵消。

3. 输出缓冲器：输出缓冲器用于隔离后续电路和放大器之间的输出功率。

其输出阻抗应尽量小，以保证放大器的输出信号能够有效地驱动后续电路。

4. 噪声抑制技术：在设计低噪声放大器时，需要采取一系列的措施来降低噪声的影响。

例如，采用低噪声元件、降低输入电阻、最小化电路布线上的耦合噪声等。

此外，还可以通过优化放大器的频率响应特性和增益特性来进一步降低噪声。

综上所述，低噪声放大器通过采用合适的电路结构和增益技术，以及优化电路参数和噪声抑制措施，实现对输入信号的高增益放大同时尽量减小噪声的影响。