北斗导航接收机LNA的设计与仿真
北斗双频卫星导航接收机技术研究与实现
北斗双频卫星导航接收机技术研究与实现随着社会的发展，卫星导航系统在各个领域的应用越来越广泛，其中北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统，具有自主运行、全球覆盖、高精度等特点。
而北斗双频卫星导航接收机技术是北斗系统的关键组成部分，对于提高定位精度和抗干扰能力具有重要意义。
北斗双频卫星导航接收机技术的研究主要包括接收机硬件设计和信号处理算法两个方面。
在接收机硬件设计方面，需要考虑信号的接收、放大、混频、滤波、解调和解算等过程。
首先，接收机需要设计合适的天线来接收来自卫星的导航信号。
然后，信号经过放大、混频、滤波等处理后，进入解调环节，通过解调来提取导航信息。
最后，通过解算算法来计算出接收机的位置、速度等信息。
在信号处理算法方面，主要包括导航信号捕获、跟踪和解算等过程。
首先，接收机需要对导航信号进行捕获，即通过搜索算法来确定导航信号的存在和参数。
然后，通过跟踪算法来跟踪导航信号的变化，确保信号的稳定性和连续性。
最后，通过解算算法来计算出接收机的位置、速度等信息。
北斗双频卫星导航接收机技术的实现需要通过实验验证其性能和可行性。
在实验过程中，可以利用仿真软件进行建模和模拟，通过模拟实验来验证接收机的性能。
同时，还可以搭建实际的接收机硬件平台，通过实际接收卫星导航信号来进行实验验证。
总之，北斗双频卫星导航接收机技术的研究与实现对于提高北斗系统的定位精度和抗干扰能力具有重要意义。
通过接收机硬件设计和信号处理算法的研究，可以实现对导航信号的准确捕获、跟踪和解算，进而提高北斗系统的性能。
未来，随着技术的不断发展，北斗双频卫星导航接收机技术将会得到更好的应用和推广。
抗干扰兼容型卫星导航接收机设计与仿真
抗 干 扰 兼 容型 卫 星 导航 接 收 机 设 计 与仿 真
闫 杰， 魏培 智 ， 谷建荣， 赵 瑞峰
ＹＡＮ Ｊ ｉ ｅ ， Ｗ ＥＩ Ｐｅ ｉ ｚ ｈ ｉ ，ＧＵ Ｊ ｉ ａ ｎｒ ｏ ｎｇ， ＺＨＡＯ Ｒｕ ｉ ｆ ｅ ｎ ｇ
Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ２ ０ １ ３ ， ４ ９ （ ４ ） ： ２ ６ ７ － ２ ７ ０ ．
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｎ ｔ ｉ － ｊ ａ ｍｍｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｔ ｉ ｂ ｌ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｎ ａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ｃ ａ ｎ ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｔ ｏ
ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ． Ｔｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｍ ｒ ｉ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｎ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｕ ｐ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ ｎ ｕ ｌ ｌ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｃ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ Ｓ Ｎ Ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ， ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐａ ｔ ｉ ｂ ｌ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｎ ａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ．
导航卫星信号仿真测试装置设计与实现
导航卫星信号仿真测试装置设计与实现随着全球定位系统（GPS）的普及和应用，导航卫星信号仿真测试装置在定位导航领域发挥着至关重要的作用。
本文将介绍导航卫星信号仿真测试装置的设计与实现，以满足仿真和测试的需求。
一、引言导航卫星信号仿真测试装置是一种用于产生和发射卫星信号的设备，它能够对接收器和导航系统进行测试，验证其性能和功能。
通过这种仿真测试装置，可以模拟不同卫星信号的场景，包括不同的卫星位置、信号强度和多路径效应等。
二、设计与实现1. 系统架构设计导航卫星信号仿真测试装置的核心是模拟导航卫星的信号。
其系统架构包括：信号生成模块、信号处理模块和信号发射模块。
信号生成模块负责生成不同频率、功率和调制方式的导航卫星信号。
生成模块通常由数字信号处理器（DSP）、信号发生器和数字模拟转换器等组成。
信号处理模块用于处理生成的导航卫星信号，包括滤波器、时钟同步器和相位锁定环等。
这些模块能够提高信号的质量和可靠性，确保正确地模拟导航卫星信号。
信号发射模块将处理后的导航卫星信号发送到接收设备。
它通常由一套射频发生器、功率放大器和天线等组成。
2. 关键技术选择与实现导航卫星信号仿真测试装置的关键技术包括信号生成、信号处理和信号发射。
信号生成需要通过数字信号处理器（DSP）实现。
DSP能够根据卫星的导航数据和频率分配，生成复杂的导航信号。
同时，信号生成模块还需要合适的信号发生器和数字模拟转换器，以生成高精度的模拟信号。
信号处理模块需要使用滤波器、时钟同步器和相位锁定环等技术。
滤波器可用于抑制干扰信号和杂散频率，提高信号的纯度。
时钟同步器和相位锁定环则可以保证信号的稳定性和相位精度。
信号发射模块需要使用射频发生器和功率放大器，以及相应的天线系统。
射频发生器能够将处理后的导航信号转换为射频信号，功率放大器则能够增加信号的发射功率，天线系统则将射频信号辐射到空间。
3. 仿真场景和性能验证导航卫星信号仿真测试装置需要提供真实的场景和多样化的测试环境。
LNA的设计制作与调试(ADS)
选择适当的格式，显示2端口的噪声系数 nf(2)。
3.3 SP模型仿真设计
很多时候，在对封装模型进行仿真设计前， 通过预先对sp模型进行仿真，可以获得电 路的大概指标。sp模型的设计，通常被作 为电路设计的初级阶段。 本节首先设计sp_hp_AT41511_2_19950125在2GHz处的输入、输 出匹配。
3.3 SP模型仿真设计-输入匹配设计
仿真结果：S参数
3.3 SP模型仿真设计-输入匹配设计
仿真结果： 输入阻抗、 稳定系数、 噪声系数
3.3 SP模型仿真设计-输出匹配设计
由以上的仿真结果可见，基本上电路已经达到 了比较好的性能，如：良好的输入匹配、较高 的增益、稳定系数和噪声系数都比较好。 另一方面，输出匹配还不太好，电路的增益也 可能进一步的提高。 以下进行输出匹配设计 需要说明的几点：
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
点击 ，激活的是数字 列表的显示方式，仿照前 面，将需要的参数加入右 边的显示列表。 对于 S(1,1)默认的显示是模/辐 角的格式。 点击 可以对结果的 输出格式进行高级控制， 如右下图设置为 dB(S(1,1))，注意字母的 大小写，可以按照dB的格 式显示。
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
3.1晶体管直流工作点扫描
在新的Design中，会有系统预先设置好的组 件和控件，如下图
3.1晶体管直流工作点扫描
如何在Design中加入晶体管
点击
，打开元件库
3.1晶体管直流工作点扫描
3.1晶体管直流工作点扫描
LNA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模拟分析，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、YIELD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：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ATF34143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。
北斗导航系统定位算法仿真研究
北斗导航系统定位算法仿真研究一、概述随着科技的快速发展，卫星导航系统已经成为现代社会不可或缺的重要技术支撑。
北斗导航系统作为我国自主研发的全球卫星导航系统，在军事、民用等多个领域都发挥着关键作用。
北斗导航系统的定位算法作为实现精准定位的核心技术，其性能优劣直接影响到整个系统的定位精度和稳定性。
对北斗导航系统定位算法进行深入研究与仿真分析，对于提升系统性能、优化定位效果具有重要意义。
本文旨在通过对北斗导航系统定位算法进行仿真研究，深入剖析其工作原理、性能特点以及影响因素。
我们将介绍北斗导航系统的基本组成、工作原理以及定位算法的基本原理。
我们将建立北斗导航系统定位算法的仿真模型，包括信号传播模型、接收机模型、误差模型等，以便对算法性能进行定量评估。
我们将通过仿真实验，分析不同场景下定位算法的性能表现，探讨影响定位精度的主要因素，并提出相应的优化策略。
通过本文的研究，我们期望能够为北斗导航系统定位算法的优化提供理论支持和实践指导，推动北斗导航系统在实际应用中的性能提升和拓展。
本文的研究成果也将为其他卫星导航系统的定位算法研究提供一定的参考和借鉴价值。
1. 北斗导航系统概述北斗卫星导航系统（Beidou Navigation Satellite System，简称BDS），作为中国自行研制的全球卫星导航系统，是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的时空基础设施。
它旨在为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，其服务范围覆盖全球，具有高精度、高可靠性，并具备短报文通信能力。
北斗导航系统的发展经历了北斗一号、北斗二号和北斗三号三个阶段。
北斗一号系统于2000年年底建成，开始向中国提供服务北斗二号系统于2012年年底建成，服务范围扩展至亚太地区而北斗三号系统则于2020年建成，实现了向全球提供服务的目标。
随着全球组网的成功，北斗卫星导航系统的国际应用空间将会不断扩展，为全球科技、经济和社会发展做出贡献。
多模式卫星导航接收机中双频段LNA设计
北斗导航接收机LNA的设计与仿真
北斗导航接收机LNA的设计与仿真余之喜;苏凯雄;陈俊;杨华炜【摘要】为了实现北斗卫星导航接收机射频前端的研制,根据接收机射频模块系统指标要求,包括增益、噪声系数、灵敏度等关键指标要求,提出一种基于ATF54143的LNA设计方案,采用两级结构,源极传榆线负反馈稳定技术,实现输入最佳噪声匹配,输出共轭匹配设计,并用ADS软件进行仿真,得到增益32 dB,噪声系数0.45 dB,输入驻波比1.5.%In order to achieve the development of BeiDou navigation satellite receiver front-end,according to the system's requirements including the gain, noise figure, sensitivity and other key indicators, a LNA design based on ATF54143 is introduced. The design used two-stage structure and source transmission line negative feedback technology, input the best noise match and output conjugate matched design, performed simulation with ADS software to get 32 dB gain, 0. 45 dB noise figure and 1.5 input VSWR.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)005【总页数】4页(P99-101,104)【关键词】北斗导航;接收机;射频前端;低噪声放大器【作者】余之喜;苏凯雄;陈俊;杨华炜【作者单位】福州大学物理与信息工程学院,福建福州 350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州 350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州 350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州 350002【正文语种】中文【中图分类】TN928-340 引言北斗导航系统是我国独立研制开发的卫星导航定位通信系统，可以对我国领土、领海及周边地区的用户进行定位及定时授时，并且可以实现各用户之间、用户与中心控制站之间的简短报文通信[1]。
应用于北斗接收机的低噪声放大器设计
287． ［6］ Zhuo W，Li X，Shekhar S，etal． A Capacitor Cross-Coupled Common-Gate Low-Noise Amplifier［J］． IEEE Transactions
on circuits and systems-Ⅱ： Express Briefs，2005，52 （ 12） ： 875 － 879． ［7］ Xiaohua Fan，Heng Zhang，Edgar Sánchez-Sinencio． A Noise Reduction and Linearity Improvement Technique for a Dif-
中图分类号： TN401
文献标识码： A
文章编号： 1001 － 9146（ 2012） 01 － 0018 － 04
0引言
卫星导航系统已经在全球得到广泛的应用，也正发挥着越来越多的作用。目前全世界已经有 4 个 卫星导航定位系统（ GPS、GLONASS、“北斗”和 Galileo） 。在我国已经自主开发的第一套系统“北斗一 号”系统存在着明显的不足之处： 一是终端的体积和功耗都较大，定位的时间也较长； 二是它的定位的 精度比较差。为了弥补上述不足，开展了“北斗二号”系统的开发。低噪声放大器是接收机中的关键电 路，其性能直接影响到接收机的性能。对于窄带应用，源简并电感共源共栅结构因为其极好的噪声系数 和增益而得到广泛应用［1］。报导了很多的改进结构，用电流镜结构代替共栅管来进行电流放大［2］、把 大电感 Lg 用 LC 并联匹配网络代替，节省了芯片面积［3］、差分共源管漏极之间引入电感，以减少寄生电 容的影响［4］。本文针对“北斗二号”的应用，设计了一种 B1 频段的低噪声放大器，其工作中心频率为 1 561. 098MHz。基于 SMIC0. 18μm CMOS 工艺，采用交叉耦合电容全差分共源共栅的电路结构，在噪声 系数、功耗、输入输出匹配、线性度等多个指标进行折中优化，仿真结果表明，设计的低噪声放大器性能 良好。
LNA仿真实验教程
实验四 GPS LNA前仿真实验实验目的通过本实验掌握使用在Cadence ADE环境中使用SpectreRF对LNA的仿真方法LNA介绍LNA处在射频接收机的最前端，要求具有最低的噪声系数。
LNA需要具有较高的增益，以抑制后级电路的噪声。
LNA还应具备较高的线性度，降低带外干扰信号对接收机的影响。
设计实例：源级电感负反馈LNA本实验中的LNA可应用于GPS接收机，工作频率为1.575GHz左右。
（1） LNA核心电路：lna2_cellLNA采用源级电感负反馈结构，（源级负反馈电感由bonding wire实现），电路图如下。
图中，M0和M1为两个并联的NMOS管，作为LNA的输入管，并联的目的是增加版图中联线的宽度。
M3和M4是两个并联的NMOS管，作为共源共栅管，增加LNA的隔离度。
电感L0和C1组成谐振网络，是LNA在1.57GHz处具有较大的增益。
M5、M7、R0和C0组成LNA的偏置电路，R0和C0用来减小偏置电路的噪声对LNA噪声系数的影响。
电容C2作为RF输入端RFIN的隔直电容。
电容C4为输出端的隔直电容。
电感L3和电容C5作为输出端的L型匹配电路。
为了防止其它电路的噪声通过地线串扰影响LNA的噪声系数，在电路中设置了3种地线：GND1为主电路的地、GND2为其它电路的地线，SUB为所有器件衬底的接地点。
（2） 考虑各接出点的ESD以后的电路图lna2_cell_WPAD每个PIN都需要考虑ESD，本实验中，我们采用TSMC提供的标准RFIO作为各PIN的ESD器件，LNA一共有7个IO，所以共有7个ESD器件。
其中LNA的电源采用电源ESD器件（PVDD3AC）；SUB引出采用地线ESD器件（PVSS3AC）；RFIN、RFOUT 采用最小寄生电容的ESD器件PDB1AC；其余的IBIAS和GND2、GND1采用PDB3AC.（3）各种ESD器件的电路原理和在版图中的连接方法PDB1AC、PDB3AC、PVSS3AC和PVDD3AC都在tsmc18io库中。
北斗卫星导航接收机的基本组成及设计思路探讨
2017年第5期信息通信2017 (总第173 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. No 173)北斗卫星导航接收机的基本组成及设计思路探讨李勇(广州海格通信集团股份有限公司，广东广州510000)摘要：北斗导航接收机能够获取精准位置信息，有助于位置管理系统最优化决策。
在军事领域，提供精确制导等功能。
介绍了北斗卫星导航基本原理，卫星导航定位算法；设计了卫星信号接收机的软硬件功能；对卫星定位精度算法进行了 研究和分析,提出了高精度定位算法的时钟定时模块。
关键词：北斗卫星;接收机;定位算法;精度中图分类号:TN967 文献标识码:A文章编号=1673-1131(2017)05-0283-021北斗导航卫星定位原理1.1北斗导航原理卫星导航系统通常包括地而控制中心、导航卫星、用户终 端系统。
地面控制中心对导航卫星工作状态进行监测，对导 航信号质量进行分析，根据分析情况对相应卫星的工作状态 进行必要的调整;实现对在轨导航卫星进行管理、控制和在轨 维护，保证在轨卫星按指令正确运行并提供导航服务信息。
用 户通过接受端的各种装置接收导航卫星提供的各种信息功能 服务。
地面控制中心可以实现卫星的发射功率调整、覆盖区 范围调整、星上软件的加载、卸载、参数重置、服务功能选择、通信及时控制等，有效的保证了卫星通信的安全性、灵活性、可靠性、针对性B]。
1.2卫星导航定位的方法(1)伪距测量定位。
伪距测量定位采用伪随机码进行位置 测距。
其通过对接收机的本地码与卫星信号的伪随机码进行 处理，测距方程为：p J=RJ+c(Stk-StJI)+vJU =l'2,...m)(1)式⑴中，p j:表示第J颗卫星伪测距观察值(经过误差修正)；Rj表示第j颗卫星与接收机的几何距离；C表示光速度；^表示卫星钟与统一卫星标准时刻的钟差；8tjs表示第j颗卫星钟与统一卫星标准时刻的钟差；V表示伪距误差。
北斗导航终端S频段单级低噪声放大器设计
北斗导航终端S频段单级低噪声放大器设计
杨曙辉;王旸;康劲;陈迎潮;张羽
【期刊名称】《北京信息科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(028)005
【摘要】设计了一种工作于北斗导航终端S频段有源天线的单级低噪声放大器(LNA).电路结构简洁、噪声低、体积小,全面考虑了回波损耗、噪声系数、增益、稳定性等指标.在利用ADS软件反复仿真优化的基础上,设计制作了电路实物.实测表明所设计的LNA在S频段处的增益为10.95 dB,噪声系数最大仅为1.075 dB,输入输出回波损耗均在-10 dB以下,反向隔离度为-25.681 clB,适用于北斗导航终端S频段有源天线的第一级信号放大.
【总页数】6页(P1-6)
【作者】杨曙辉;王旸;康劲;陈迎潮;张羽
【作者单位】北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京100101;北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京100101;北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京100101;北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京100101;南卡罗来纳大学电气工程系,美国哥伦比亚29208;北京信息科技大学信息与通信工程学院,北京100101
【正文语种】中文
【中图分类】TN43
【相关文献】
1.用于物联网双频段低功耗CMOS低噪声放大器设计 [J], 孟凡振
2.应用于GNSS全频段的低噪声放大器设计 [J], 马雨生;朱宗玖
3.北斗导航接收通道低噪声放大器设计 [J], 高贵虎;苏凯雄
4.Ku频段低噪声放大器设计 [J], 刘其强
5.应用于5GHz频段的宽带低噪声放大器设计 [J], 吴晓文;陈晓东;刘轶
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北斗卫星导航接收机设计原理与开发平台实验演示20140818
48
伪距测量原理
利用接收机产生复制 码（本地码）与卫星发播
的伪随机码进行相关运算，
通过测量相关函数最大值
的位置来测定卫星信号传
播延迟，从而求得卫星到 接收机的距离观测值。
与伪距相关的原始测量量
The start of a subframe is found for all channels The accuracy of the pseudoranges with a time resolution of 1 ms is 300000m The code tracking loop can tell the precise start of the C/A code
容的终端
用户段重要性：
用户段是决定卫星系统成败的关键，应用卫星卫
星应用；
从GPS、GLONASS不同命运，可以看出对用户段的重
视程度，决定了卫星导航系统的生命力；
卫星导航成为国家战略信息产业，主要产业突破也
必然体现在用户段。
卫星导航接收机指通过接收导航卫星发射的导航
信号，在接收机端进行位置、速度和时间等信息解算
BIT同步
Output from the tracking loop is -1 or 1 every millisecond
45
Output from bit syncronization is -1 or 1 every 20 ms 1 -1 1 1 -1 1
Find the start of Databit ------add a 20ms time window
波测量量降低伪距的观测噪声
考虑到伪距与载波相位都可以标示距离，可采用载波相 位数据（精度约为2mm）对伪距数据进行平滑处理，可以将 伪距测量噪声减小60%。
面向GPS、北斗和TD-LTE-A的多模可重构低噪声放大器设计
面向GPS、北斗和TD-LTE-A的多模可重构低噪声放大器设计刘章发;陈杰【摘要】基于SMIC 0.18 μm工艺设计了一个面向GPS、北斗和TD-LTE-A的多模可重构低噪声放大器(LNA),该电路可工作在2.6 GHz、1.575 GHz和1.207 GHz 3个波段.仿真结果表明,在3个频段内增益S21最大,分别能达到19.1 dB、19.5 dB和20.7 dB,噪声系数NF分别为4.5dB、3.5dB和3.1dB,三阶输入交调失真分别为-8.2 dBm、-8.7 dBm和-9.6 dBm.在1.8V的供电电压下,电路功耗不超过15 mW,在上述3个频段内稳定性均满足要求.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2014(038)002【总页数】6页(P18-23)【关键词】射频前端;多模式;多频段;低噪声放大器【作者】刘章发;陈杰【作者单位】北京交通大学电子信息工程学院,北京100044;北京交通大学电子信息工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TN722.3GPS是美国比较成熟的卫星导航系统，北斗是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，它的起步较GPS晚，正趋于成熟，而TD_LTE_A是由我国主导的，被国际电信联盟确定的第4代移动通信国际标准.可以预料，在不久的将来，需要同时适用于GPS、北斗和TD_LTE_A系统的接收机成为可能.而低噪声放大器(LNA)作为射频接收机的第1级，其性能的好坏直接影响着整个接收机的噪声系数和灵敏度等，因此，对适用于这3个系统的低噪声放大器设计显得尤为重要.目前，实现多频段低噪声放大器的方法有很多，如:并行式、宽带和可重构等.1)并行式的方法是通过向网络中添加LC谐振电路来实现［1］，这种方法能产生较好的性能，但是，需要片外的电容和电感，并且随着频段的增加，它的输入输出匹配结构会变得很复杂.2)宽带的方法是通过控制网络传输函数的零极点来实现的，具体实现方法有多种，如在输入端加入LC带通滤波器［2］，电阻或源极跟随器反馈［3］和共栅拓扑结构［4］等，宽带的方法它不需要复杂的输入匹配网络，它最主要的缺点是让不需要的干扰也能通过，这样在后续的电路中需要严格的控制线性.3)可重构的方法是通过引入可调谐的电容或电感来实现的，通过调节它们的值，就能让电路工作在所需要的频段，该法设计简单，其功耗和芯片面积均较优.本文作者提出的多模可重构的LNA面向的是GPS、北斗和TD_LTE_A系统，频率涵盖GPS的L1波段(1 575.42 MHz)，北斗的B2波段(1 207.14 MHz)，以及TD_LTE_A的D波段(2 570～2 620 MHz).本文基于SMIC 0.18μm工艺设计了一个可以配置在1.207 GHz、1.57 GHz、2.6 GHz共3个频段内的低噪声放大器.仿真环境为Cadence的spectre RF.1 可重构LNA电路设计首先选择电路的拓扑结构.具有源极电感负反馈的LNA结构在提供良好的输入阻抗匹配时，能产生较高的增益，最小的噪声系数和较低的功率消耗［5］.正是由于这种结构的一系列优点，因此，本文采用这种结构作为电路的基本结构.提出的多频段可重构LNA的电路结构如图1所示.图1 采用的多频段LNA原理图Fig.1 Schematic of the proposed LNA图1中，电路是通过控制开关来选择所工作的频段，实际电路的开关由一个NMOS管组成，它有一定的导通电阻和寄生电容，这里用理想模型代替.开关处标识的是开关控制信号，如图1中的D1、D2、D3，有相同标识的开关说明是由同一个信号控制.3个开关控制信号D1、D2、D3在每个工作频段有且只有一个为高.当D1为高时，电路工作在2.6 GHz频段;当D2为高时，电路工作在1.575 GHz 频段;当D3为高时，电路工作在1.207 GHz频段.电路中主要元件参数如表1所示. 表1 设计电路主要元件参数Tab.1 Device values of the designed LNAM1 M2 M3 C self/fF L s/pH L g1/nH W/L=320μm/180 nm W/L=320μm/180 nmW/L=400μm/180 nm 400 525 6.55 L g2/nH L g3/nH L d1/nH L d2/nH Ld3/nH R d/Ω 6.25 7.5 1.8 2.5 3 50表1中W是MOS管宽度，L是MOS管沟道长度.本文采用两级放大结构.在第1级，为了实现所需频段的输入阻抗匹配，在电路的输入端引入了自匹配电容和开关控制电感两种结构［6］.如图1所示，Lg1、Cself组成自匹配电容结构，Lg3、Lg2和与之相连的两个开关组成了开关控制电感结构.通过引入这两种结构，电路能很好的实现在所需的3个频段内的输入阻抗匹配.在第1级输出端，采用开关控制的电感实现所需频段信号的谐振;在第2级，采用一个的共源放大结构，提高电路增益.2 可重构LNA电路分析2.1 自匹配电容自匹配电容如图2中的Cself，它的位置与传统的在共源放大管的栅源级并联一个电容有点不同，它的一端不是直接接在共源管的栅极，而是接在电感的一端.这一个小小的改动，对电路的匹配有较大的影响.这种自匹配电容的结构如图2所示. 图2 自匹配电容结构及其等效电路Fig.2 Self_matched Capacitor Structure and its equivalent circuit自匹配电容结构输入阻抗的表达式为假设在所工作的频段，输入阻抗的虚部能抵消掉，其实部应该匹配到50Ω.从表达式可以看到，随着频率的升高，gm减小，实部的分子部分减小，但是，实部的分母部分因为含有ω也会减小，这样，在一个比较宽的频带内，输入阻抗的实部能一直保持在50Ω左右.2.2 MOS开关模型MOS管的简化等效模型如图3所示.图3 NMOS开关及其等效模型Fig.3 NMOS transistor and its equivalentmodel图3中，Rsw为沟道电阻，Cgd和Cgs为晶体管寄生电容.当MOS开关关断时，Rsw的值很大，超过10 MΩ，寄生电容较小，寄生电容的表达式如下式中Cov为每单位宽度的交叠电容.1)当MOS开关导通时，晶体管处于深线性区，此时的沟道电阻Rsw及寄生电容Cgs、Cgd的表达式分别为式中，Cox为单位面积的栅氧化层电容，从表达式可以看出，当器件尺寸W(MOS管宽度)越大时，Rsw越小，Cgs及Cgd越大;当W越小时，Rsw越大，Cgs及Cgd越小.2)当MOS开关关断时，因为Rsw很大，它的影响可以忽略，此时，MOS开关的寄生电容对电路的影响较大，因此，需要较小的器件尺寸以减小寄生电容的影响.当MOS开关导通时，此时的导通电阻Rsw和寄生电容对电路的影响都较大，为了减小它们的影响，需要较小的导通电阻Rsw和较小的寄生电容.而从上面的分析可知，改变晶体管开关的尺寸，不能同时减小导通电阻及寄生电容，因此，需要在它们之间做一个折中，选择合适的晶体管尺寸.仿真结果显示，MOS开关的W/L=160μm/180 nm时，较为合适.2.3 开关控制电感的匹配网络开关控制电感的匹配网络是通过在输入端增加电感和开关来实现的.如图1所示，Lg3、Lg2和与它们相连的两个开关组成开关控制电感的匹配网络.通过引入自匹配电容结构，式(1)中的实部在较宽的频带内能保持为50Ω.再通过开关控制的电感实现不同频段下的输入阻抗虚部为0，这样，就能实现不同频段下的输入阻抗匹配. 1)当D1为高，D2为低时，此时的匹配网络由C1、Lg1、Cself和Ls组成，其输入阻抗表达式为选择合适的C1、Lg1、Cself和Ls的值，使输入阻抗匹配在2.6 GHz.2)当D1为低，D2为高时，此时的匹配网络由Lg2、C1、Lg1、Cself和Ls组成，其输入阻抗表达式为因为输入阻抗的实部在较宽的频段内都能保持在50Ω左右，此时，选择合适的Lg2，即能使输入阻抗匹配在1.57 GHz.3)当D1、D2都为低时，此时的匹配网络相当于由Lg3、Lg2、C1、Lg1、Cself和Ls组成，此时的输入阻抗表达式为此时，选择合适的Lg3，即能使输入阻抗匹配在1.207 GHz.2.4 开关控制电感的调谐网络在输出端，选择导通合适的负载电感Ld1、Ld2或Ld3，通过导通的电感与输出节点处的寄生电容在工作频段下谐振实现频段的选择［7］.频率调谐的实际电路及其等效并联电路如图4所示.图4 实际的频率调谐电路及其等效并联谐振电路Fig.4 Practical frequency tuning circuit and its equivalent parallel resonance tank图4中CP为第1级输出端的寄生电容，Ls1为开关控制的电感，串联的电阻Rs主要包括电感的寄生电阻及作为开关的NMOS管的导通电阻.当导通不同的电感，即改变Ls1时，实际上，Rs的值也会跟着改变.为了便于分析，将实际的电路转换为并联结构.它们之间关系为式中，QL表示开关控制电感的品质因数，其值QL= ω0Ls1/Rs，ω0为谐振频率，其值为从式(12)可以看出，当Gm在所有工作频段内保持恒定时，电压增益完全取决于RP.为了让电压增益在不同频段下保持一致，需要RP的值保持恒定.由式(6)可以得到它们的值为一个常量，当选通电感值较小的电感时，谐振频率ω0增大，此时，谐振槽的品质因数QL要相应的增大，这就需要Rs减小.因为Rs主要由电感的寄生电阻和作为开关的NMOS管的导通电阻组成，这时，可以通过改变NMOS管的导通电阻来实现.2.5 二级放大在2.6 GHz工作频段时，增益达不到性能要求，本文设计中，采用二级放大的方法，提高增益，即在第1级放大的输出级，增加1个共源管二级放大［8］.这样在所要求的3个频段内，增益都能达到要求，并且其他性能都保持良好.3 前仿真结果本文设计的LNA采用的是SMIC 0.18μm工艺，供电电压为1.8 V.前仿真工具为Cadence公司的Spectre RF.在北斗B2波段、GPS L1波段和TD_ LTE_A的3个波段的前仿真结果如图5所示.图5 3个波段的前仿真结果Fig.5 Simulation results in the three bands功率增益(S21)的仿真结果如图5(a)所示，仿真结果显示，在这3个频段，功率增益都能达到19 dB以上.噪声系数的仿真结果如图5(b)所示，仿真结果显示，在3个频段内，噪声系数都不超过5 dB.输入阻抗匹配(S11)的仿真结果如图5(c)所示，仿真结果显示，在3个频段，S11的仿真结果都在－10 dB以下，说明电路进行了良好的输入阻抗匹配.线性度和功耗也是低噪声放大器重要的性能指标，前仿真结果显示，在1.8 V的供电电压下，TD_ LTE_A的D波段、GPS的L1波段、“北斗”B1波段的三阶输入交调点IIP3分别为－7.6 dBm、－6.9 dBm、－9.3 dBm，功耗分别为10.1 mW、12.1 mW、12.3 mW.4 电路版图及后仿真结果所设计的低噪声放大器的版图如图6所示.功率增益(S21)在各个波段的PVT后仿真，即不同工艺电压温度下的后仿真，结果如图7所示，其中S21－ss、S21－tt、S21－ff分别表示slow、typical、fast模式下的S21仿真结果.从图7中看出，在所要求3个频段下，不同模型的仿真，功率增益(S21)都可以达到18 dB以上.图6 低噪声放大器版图Fig.6 Layout of the proposed LNA噪声系数在各个频段下的PVT后仿真结果如图8所示，其中 NF－ss、NF－tt、NF－ff分别表示 slow、typical、fast模式下的NF仿真结果.从图8中可看出，在各个频段下，不同的仿真模型时，噪声系数都能达到5 dB以下，符合设计要求.图7 S21后仿真Fig.7 Simulated S21 in post simulation图8 NF后仿真Fig.8 Simulated NF in post simulation输入阻抗匹配(S11)在各个频段下的PVT仿真结果如图 9所示，其中 S11－ss、S11－tt、S11－ff分别表示slow、typical、fast模式下的S11仿真结果.从图9中可看到，在不同仿真模型下，S11的后仿真结果在3个频段都能达到－10 dB以下，说明电路在3个频段都进行了良好的输入阻抗匹配.从后仿真结果可以看出，功率增益(S21)在各个频段能达到18 dB以上，噪声系数NF不超过5 dB，输入阻抗匹配(S11)各个频段都在－10 dB以下.三阶输入交调点IIP3在TD_LTE_A的D波段、GPS的L1波段、北斗的B1波段这3个波段的后仿真结果分别为－8.2、－8.7、－9.6 dBm，功耗分别为12.8、14.2、14.7 mW.说明所设计的电路有良好的线性度，功耗也都在可以接受的范围.本次设计的难点，一方面MOS开关尺寸的确定，因为在输入端用到了MOS开关，其寄生电阻和寄生电容对输入阻抗匹配的影响很大，仿真时，需要对每一个开关的尺寸做扫描，进而为每一个MOS开关选择一个合适的尺寸;另一方面输入端电感值的确定，因为输入端用到了开关控制的电感结构，每一个电感都对3个频段的匹配有影响，再加上输出谐振LC网络的影响，所以需要多次反复的仿真，以确定输入端的各个电感值，使LNA在3个频段各方面性能都达到要求.实际流片后，由于ESD保护电路和封装PAD存在的寄生电容，输入阻抗匹配可能会有一定失配，进一步会导致噪声性能变差，增益降低等.所以在实际流片前，还要充分考虑各种寄生参数的影响.图9 S11后仿真Fig.9 Simulated S11 in post simulation5 结论为了满足未来无线通信多模多频段的需求，本文设计了一个能同时适用于GPS的L1波段、北斗的B2波段和TD_LTE_A的D波段的多模可重构LNA.为了分别实现3个频段的输入阻抗匹配，该LNA在输入端采用了自匹配电容和开关控制电感两种结构［6］.第1级放大电路为电感源极负反馈结构，其中，负载电感的选通是通过MOS开关控制，以实现不同频率下的谐振.第2级采用共源结构，增大放大器增益.仿真结果表明，在1.8 V的供电电压下，该LNA在所要求的3个频段内最大增益不低于18 dB，NF＜5 dB，IIP3＞－10 dBm，功耗不超过15 mW.参考文献(References):［1］Hashemi H，Hajimiri A.Concurrent dual_band CMOS low noise amplifiers and receiver architectures［C］//IEEE Symposium on VLSICircuits.Kyoto，2001:247－250.［2］Bevilacqua A，Niknejad AM.An ultrawideband CMOS low noise amplifier for 3.1～10.6 GHz wireless receivers［J］.IEEE J.Solid State Circuits，2004，39(12):2259—2268.［3］Ramzan R，Andersson S，Dabrowski J.A 1.4 V 25 mWinductorless wideband LNA in 0.13μm CMOS［C］//IEEE ISSCC.San Francisco，USA，2007:424—425.［4］Chehrazi S，Mirzaei A，Bagheri R.A 6.5 GHz wideband CMOS low noise amplifier for multi_band use［C］//Proc IEEE Custom Integrated Circuits Conference.San Jose，USA，2005:801—804.［5］Thomas H Lee.CMOS射频集成电路设计［M］.余志平，周润德，译.第二版.北京:电子工业出版社，2006.Thomas H Lee.Design of CMOS radio_frequency integrated circuits ［M］.YU Zhiping，ZHOU Runde，trans.2nd ed.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2006.(in Chinese)［6］Yoo Sangsun，Yoo Hyungjoun.A compact reconfigurable LNA for single path multistandard receiver［C］//IEEE EDSSC.Tainan，2007:461－464.［7］Chang Tsung Fu，Chun Lin Ko，Chien Nan Kuo.A 2.4～5.4 GHz wide tuning_range CMOS reconfigurable low noise amplifier［J］.IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2008，56(12):2754－2763.［8］Arnd Geis，Yves Rolain，Gerd Vandersteen.A 0.045mm2 0.1～6 GHz reconfigurable multi_band，multi_gain LNA for SDR［C］//IEEERFIC.Anaheim，CA，2010:123－126.。
北斗二代导航接收机的卫星导航系统设计_王宝平
件 系 统 和 各 设 备 驱 动 程 序 的 移 植 。 ［１－２］
本系统中 采 用 Ｌｉｎｕｘ－
２．６．３０．４ 内 核，只 需 要 对
各功能模块进行裁剪即
可。嵌入式系统一般采用
Ｆｌａｓｈ 作 为 存 储 介 质，
Ｆｌａｓｈ具 有 独 特 的 物 理 特
性，必 须 使 用 专 门 的 嵌 入
式文 件 系 统，本 系 统 采 用
图３ ＧＴＭ９００－Ｃ 逻辑框图
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图 ２ ＵＭ２２０ 硬 件 接 口 电 路
２０１３ 年第７ 期
４ １
３ 系 统 的 软 件 实 现
３．１ 系 统 的 软 件 平 台
嵌入式操作系统是嵌入式系统的重要组成部分 ，它 为
应用程序的开发提供了一个软件平台。实现嵌入式系统
的第一步就是进行 系 统 移 植 ，其 中 包 括 操 作 系 统 内 核、文
２．２ 无 线 数 据 传 输 模 块
华为 ＧＴＭ９００－Ｃ 是 一 款 两 频 段 ＧＳＭ／ＧＰＲＳ 无 线 模 块。它支持标准的 ＡＴ 命令及增强 ＡＴ 命 令，提 供 丰 富 的 语音和数据业务等功能 ，是高速数据传输等各种应用 的 理 想解决方案。Ｓ３Ｃ２４４０作为一种 ３２ 位 高 性 能、低 成 本、低 功耗的嵌入 式 ＲＩＳＣ 微 处 理 器，广 泛 应 用 于 通 信 系 统 、消 费类电子产品、工业控 制 等 产 品 中。Ｓ３Ｃ２４４０ 通 过 ＲＳ２３２ 控制 ＧＴＭ９００－Ｃ，对 于 那 些 需 要 将 远 程 数 据 通 过 已 有 的 ＧＳＭ 网络发 送 到 网 路 中 去，实 现 网 络 化 功 能。ＧＴＭ９００－ Ｃ逻辑框图如图３所示。
间，解译出北斗卫星 所 发 送 的 导 航 电 文 ，最 后 由 串 口 输 出 ＮＭＥＡ－０１８３数 据。ＵＭ２２０ 硬 件 接 口 电 路 如 图 ２ 所 示。 ＵＭ２２０的 串 口 引 脚 通 过 ＭＡＸ３２３２ 电 平 转 换 芯 片 与 Ｓ３Ｃ２４４０的串口连 接，使 其 接 收 ＲＭＣ 模 式 下 ＮＡＭＥ 格 式的北斗定位数据。
基于ADS的LNA仿真与分析
重庆邮电学院研究生堂下考试答卷2012-2013学年第 2 学期考试科目微波电路姓名XXX年级2012级专业XXXXXX2013年7 月 4 日基于ADS的LNA仿真与分析一、前言低噪声放大器(LNA)在卫星通讯系统，雷达系统以及无线通讯系统中都有着广泛的应用。
其设计目标是要在输入端噪声系数不超过给定值的条件下获得尽可能高的增益，由于最大功率增益和最小噪声系数是不能同时兼得的，因此在大多数情况下，不得不舍弃一项而保全另一项指标已达到设计要求。
目前在微波通信、GPS接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，低噪声放大器已经是必不可少的组成部分。
处于通信系统接收电路的前端，低噪声放大器具有放大信号和降低噪声干扰的双重作用，能够在很大程度上提高通信系统的灵敏度。
低噪声放大器可以很好的抑制电路后级噪声。
对于一个接收系统来说，一级噪声系数是对整个抑制噪声系统影响最大的，整个电路后级的噪声系数主要由它决定。
因此，低噪声放大器的线性度可以对整个系统的线性度以及共模噪声抑制比产生很重要的影响。
由此可以看出低噪声放大器的性能对整个接收系统的噪声性能都有很大的影响，对整个通信系统噪声系数的降低以及稳定性的提高也起着决定性的作用。
对于低噪声放大器的基本性能要求是：噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定性好、足够的带宽和较大的动态范围。
如果电路中的低噪声放大器噪声系数降低，那么整个接收机系统的噪声系数也会变小，使信噪比得到改善，灵敏度得到提高。
本文所设计的是一级放置在接收机最前端的低噪声放大器，由于它的噪声系数较小，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。
二、低噪声放大器的设计原理2.1低噪放基本构造低噪声放大器英文名称为Low-Noise Amplifier，简称为LNA，是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。
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北斗导航接收机LNA的设计与仿真
作者：余之喜苏凯雄陈俊杨华炜
来源：《现代电子技术》2012年第05期
摘要：为了实现北斗卫星导航接收机射频前端的研制，根据接收机射频模块系统指标要求，包括增益、噪声系数、灵敏度等关键指标要求，提出一种基于ATF54143的LNA设计方案,采用两级结构，源极传输线负反馈稳定技术，实现输入最佳噪声匹配，输出共轭匹配设计，并用ADS软件进行仿真，得到增益32 dB，噪声系数0.45 dB，输入驻波比1.5。
关键词：北斗导航; 接收机; 射频前端; 低噪声放大器
中图分类号：
TN928-34
文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2012)05
-0099
-03
Design and simulation of BeiDou navigation receiver LNA
YU Zhi-xi, SU Kai-xiong, CHEN Jun, YANG Hua-
(Institute of Physics and Information Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350002， China)
Abstract：
In order to achieve the development of BeiDou navigation satellite receiver front-end，according to the system's requirements including the gain, noise figure, sensitivity and other key indicators, a LNA design based on ATF54143 is introduced. The design used two-stage structure and source
transmission line negative feedback technology, input the best noise match and output conjugate matched design, performed simulation with ADS software to get 32 dB gain, 0.45 dB noise figure and1.5 input VSWR.
Keywords： BeiDou navigation; receiver; RF front-end; LNA
收稿日期：2011-10-
基金项目：2010年福建省重大专项(2010HZ0004-1)；福州市市校科技合作项目(2011-G-105);福州大学科技发展基金(2011-XY-23)
0 引言
北斗导航系统是我国独立研制开发的卫星导航定位通信系统，可以对我国领土、领海及周边地区的用户进行定位及定时授时，并且可以实现各用户之间、用户与中心控制站之间的简短报文通信［1］。
作为卫星定位导航接收机系统关键部分的射频模块，主要包含接收与发射两大部分。
接收部分的主要功能是接收来自多颗卫星的微弱的S波段微波信号，并将其进行低噪声放大、滤波和下变频后形成中频信号，送给后端处理模块；发射部分则将本机的短信息经过调制、上变频和放大后形成大功率的L波段射频信号，再通过天线发送给卫星［2］。
因此，射频模块的高性能、高可靠性是保证整机正常工作的前提。
本文根据系统指标要求，提出一种基于ATF54143的LNA设计方案，并用ADS软件进行了仿真。
1 接收机低噪声放大器指标要求
射频前端是所有无线电接收机中最关键的组成部分，射频前端的设计一直是无线电接收机中最关键的环节。
“北斗”信号到达地面的最低功率为-127.6 dBm，正常时为-116.8 dBm，载波频率为2 491.75 MHz，带宽为8.16 MHz。
设计的接收机要保证系统在大部分时间内都能对卫星信号进行有效地捕获，这样设定接收机的灵敏度为［3］-118 dBm。
现在北斗接收机射频芯片的最低输入信号功率一般为［4］-100 dBm，所以LNA增益需要大于18 dB，考虑一定的余量，增益设计为［5］。
为了实现正常的OQPSK解调，射频接收部分输出给基带部分的信噪比为-17 dB，根据北斗接收机的灵敏度要求，可以得到北斗接收机的最大噪声系数为［3］。
前端低噪声放大器的指标要求如表1所示。
2 基于ATF54143的低噪声放大器设计
2.1 偏置电路设计
偏置电路是放大器不可缺少的电路单元，偏置的作用是在特定的工作条件下为有源器件提供适当的静态工作点，并抑制晶体管参数的离散性以及温度变化的影响，从而保持恒定的工作特性。
如果偏置电路设计不当，会影响电路的噪声系数及功率增益等参数。
从ATF-54143手册可以看出，该放大管在源漏极电流静态工作点下，在2.4 GHz频点上的最大功率增益是16.5 dB，可以得到最小的噪声系数为0.4 dB。
由于ATF54143的封装上有两个栅极，因此偏置电流设计为40 mA，通过计算可以得到偏置电阻，。
2.2 稳定性分析
放大器电路必须满足的首要条件之一是其在工作频带内的稳定性，当一个射频放大器工作在不稳定区域时，该电路就无法完成正常的放大作用，反而会出现振荡信号。
稳定性意味着反射系数的模小于［6］，即：
一般晶体管的和参数的模小于1，不为0，不能把晶体管视为单向性元件，输入反射系数不仅和有关系，同时和负载反射系数有关，不合适的负载，有可能使，导致输入端不稳定；同理，不合适的源反射系数，有可能使，导致输出端不稳定。
在进行低噪声放大器稳定性分析时，需要在放大器的直流和交流通路之间添加射频扼流电路，它实质是一个无源低通电路，使直流偏置信号能传输到晶体管引脚，而晶体管的射频信号不能进入直流通路，这里先用村田电感模型进行仿真，再加上旁路电容。
同时，直流偏置信号不能传到两端的Term端口，需要加隔直电容。
通过仿真，得出在2.49 GHz工作频率下的稳定性系数为0.968。
由晶体管放大器理论可知，该放大器电路不稳定，为了使系统稳定，最常用的方法就是添加负反馈。
本次设计中，采用在源极添加一小段短路传输线作为负反馈，加上偏置电路和反馈后的电路如图1所示，仿真结果如图2所示。
由图可以看出，在整个频带下都是稳定的。
2.3 噪声分析
对许多射频放大器来说，在低噪声前提下对信号进行放大是系统的基本要求，可惜放大器的低噪声要求与其他参数，如稳定性、增益等相冲突［7］。
图3是等噪声系数圆和等增益系数圆的仿真结果。
是最大增益时的输入阻抗和是最小噪声时的输入阻抗。
从仿真结果中可以看出,最小噪声特性和最大增益是不能同时实现的，为了得到较小的噪声系数，必然会减小LNA的增益，所以，噪声和增益必须择中选取。
一般LNA的设计原则是把源阻抗匹配到最佳噪声源阻抗，牺牲一定的增益，此时的噪声系数为0.427 dB，增益为。
2.4 最佳噪声匹配电路设计
从等噪声系数圆的仿真结果可以看出，源阻抗需匹配到最佳噪声源阻抗(23.65-j*21.1) Ω，在设计输入匹配电路时，需把最佳源阻抗的共轭(23.65+j*21.0) Ω变换为输入阻抗50 Ω。
设计输出匹配电路时，先通过仿真工具得到晶体管的输出阻抗为(56.739-j*30.562) Ω，把50 Ω变换为该阻抗的共轭(56.739+j*30.562) Ω，输入、输出匹配电路设计如图4所示。
仿真结果如图5所示，可以看出已经是最低噪声匹配，此时的增益为15.740 dB。
2.5 两级放大器设计
为了达到30 dB的增益，需要采用两级结构，第一级放大器的噪声系数对系统的影响最大，因此第一级应用最小噪声系数匹配的原则来完成电路设计，第二级用共轭匹配设计，以达到增益最大化的要求。
设计电路如图6所示，两级之间的连接应该采用共扼匹配设计，以防止回波损耗变大而使系统的性能变差。
同时为了使电源输入端更好的射频接地，需要在电源端并联三个电容，分别为1 μF，10 nF和10 pF，它们具有不同的自谐振频率，这样能使整个频带都具有较好的接地效果。
由于较高的增益会使得输入驻波比变差，所以通过ADS自带的调谐功能，调整输出匹配电路，使得在增益和驻波比两个方面都达到一个比较理想的结果。
3 仿真结果分析
两级整体电路的参数、噪声系数和稳定性系数的仿真结果分别如图7~图9所示。
从仿真结果可以看出，噪声系数为0.451 dB，增益为31.824 dB，已达到设计要求，通带平坦度小于1.0 dB，输入端口回波损耗为14.023 dB，输入驻波比小于1.5，满足北斗导航接收机LNA 设计要求。
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