低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究
低噪声放大器设计与性能分析研究
低噪声放大器设计与性能分析研究随着通信、广播、雷达、遥控及科学研究等领域的不断发展与进步，对高质量低噪声放大器需求不断增长。
低噪声放大器是关键性能优化的组成部分，其噪声系数是衡量其性能和质量的重要指标之一。
本文将研究低噪声放大器的设计和性能分析。
I. 低噪声放大器低噪声放大器是一种专用放大器，在输入信号电阻、噪声系数、增益、线性范围，输出功率等方面具有很好的性能。
低噪声放大器是高灵敏度接收设备中的关键因素，它必须在输入端保持很低的热噪声水平。
II. 低噪声放大器设计为了设计出高质量的低噪声放大器，必须符合以下几个关键要素：（1）选择合适的管子在选择管子时，必须控制其噪声系数。
晶体管是最常用的放大元件，可以实现高增益、低噪声系数和高输出功率。
（2）合适的偏置点合适的偏置点是具有低噪声系数的设计中的关键部分。
管子需要在较低的偏置电流下运行，以减小电流引起的噪声。
不过，这会导致输入电阻降低，因此需要选择高阻的电路来降低输入电阻。
（3）合理的稳定在选择稳定电路时，必须选择合适的电容和电感来稳定电路的增益和相移。
III. 低噪声放大器的性能分析噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要指标之一。
噪声系数是信号输入时与噪声电压的比率。
在低噪声放大器设计中，噪声主要由热噪声和雪崩噪声组成。
（1）热噪声管子本身的热噪声由其内部晶体结构和材料组成决定，随着管子的温度升高，热噪声电压会变大。
在没有信号时，噪声主要来自管子本身的热噪声。
（2）雪崩噪声雪崩效应是指电子在高电场下被加速，撞击到晶格导致电子-空穴对而形成的噪声。
这种噪声可通过选择合适的偏置点来降低。
IV. 结论本文研究了低噪声放大器的设计和性能分析，并总结出以下几个结论：（1）合适的管子，合适的偏置，合理的稳定都是设计低噪声放大器的关键因素。
（2）热噪声和雪崩噪声是噪声系数的主要来源，可以通过选择合适偏置电流和控制温度来减少噪声。
（3）低噪声放大器在通信、雷达、遥控和科学研究等领域中有着广泛的应用前景。
低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究
增刊 １
陈 广聪 等 ：低 噪 声 放 大器 Ｌ Ｎ Ａ 噪 声 系 数 测 试 技 术研 究
低 噪声放 大 器 的噪声 系数 是 非常 重要 的
本文 将对 噪声 系 数 的基本 概 念进 行介 绍
为 了选择 适 当 的仪表 来满 足测 量噪 声 系数 的要 求 ．有 必要首 先 了解 一些 测试 噪声 系数 的基 本原 理
较好 。
大 器 中过 高 的噪声 会 降低 邻道 接 收质 量 ．也就 是达
不 到 规章 对 干扰 的要 求 多年 以前 ．射 频 和微 波行 业 就建立 了一个 被称 为噪 声 系数 的参数 ．以定 量元 件 或 系统 给通过 它 的 信 号 增 加 了多 少 噪声 。 噪声 因 数 Ｆ （ Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ） 最 基 本 的定 义 是 哈 罗 德 ． 傅睿思在 ２ Ｏ世 纪 ４ ０年代 提 出来 的 ．他 把二 端 口网络 的噪声 因数 定 义为 输入 端 的信噪 比与输 出端 信 噪 比的 比值 嘲：
低噪声放大器（LNA）和噪声系数（Noise
低噪声放⼤器（LNA）和噪声系数（Noise Figure）
继续往后边翻译边看这边书。
中间讲了很多我觉得没啥⽤的东西，有的是跟Linux有关的，我就跳过了。
下⾯是RTL-SDR IMPROVEMENTS AND MODIFICATIONS 部分。
第⼀个内容便是LNA：LOW NOISE AMPLIFICATION。
我们装置中的放⼤器在正常应⽤时已经是⾜够低噪声的了。
尽管如此，存在着⼀种第三⽅的外部装置——LNA，即低噪声放⼤器。
LNA和普通放⼤器有什么区别呢？这⾥就引出了噪声系数（Noise Figure）的概念，这是⼀个衡量放⼤器本⾝噪声⽔平的物理量，以分贝（dB）为单位。
RTL-SDR中的放⼤器的噪声系数⼩于4.5dB，这样的放⼤器可能会产⽣削弱信号本⾝的噪⾳，因此在某些场合低噪声放⼤器就格外有⽤，它们的噪声系数⼩于1dB，也就是说在放⼤信号时，其⾃⾝最多产⽣1dB的噪⾳。
在放置LNA时，我们应该将它放的离天线尽可能的近。
如果我的翻译没错的话，它的主要⽬的是放⼤由于长距离传输⽽减弱的信号，同时减少由于同轴电缆传输⽽产⽣的噪⾳。
LNA也不是通吃任何环境的，⽐如在⾼频（HF）下，环境噪声太强，它的效果和普通放⼤器相⽐就不那么好了，（这⾥我猜测是因为环境噪声太强，放⼤器⾃⾝的噪声系数是4.5还是1 相⽐于环境噪声都可以忽略因此区别不⼤）。
这时候我们需要⽤到针对某些特殊情况的LNA。
LNA电路中输入电压噪声及输入电流噪声的测试方法
LNA电路中输入电压噪声及输入电流噪声的测试方法Test Method for Input Voltage Noise and Input Current Noise in LNA马锡春,王征宇,刘继光(中科芯集成电路有限公司,江苏无锡214072)Ma Xi-chun,Wang Zheng-yu,Liu Ji-guang(China Key System&Integrated Circuit Co.,Ltd.,Jiangsu Wuxi214072)摘要：随着5G无线网络不断发展，射频前端性能在射频接收器信号路径中扮演着越来越关键的角色，对于低噪声放大器(LNA)尤其如此。
LNA的关键指标包括工作频率范围、小信号带宽、噪声系数、增益、驻波等。
文中主要介绍了一种基于实装仪表(N9030B频谱仪)测试其前端LNA的输入电压噪声(VN)及输入电流噪声(IN)指标的方法。
关键词：低噪声放大器；输入电压噪声；输入电流噪声中图分类号：TN43;TN722.3文献标识码：A文章编号：1003-0107(2020)12-0025-04Abstract:With the development of5G wireless networks,RFfront-end performance plays an increasingly criticalrole in the signal path of RF receivers,especially for LNA.The key indicators of LNA include operating frequencyRange,-3dB Small Signal Bandwidth,Noise Figure,Gain,Harmonic Distortion,etc.This paper mainly introducesa method to measure the input voltage noise(VN)and input current noise(IN)of the LNA with a spectrometer(N9030B).Key words:LNA;VN;INCLC number:TN43;TN722.3Document code:A Article ID：1003-0107(2020)12-0025-040概述放大电路是一种弱点系统，具有很高的灵敏度，因而容易接受外界和内部一些无规则信号的影响[1]。
低噪声放大器 测试方法
低噪声放大器测试方法1.引言1.1 概述低噪声放大器是一种在电子设备中广泛应用的重要组件，其主要功能是放大输入信号并保持较低的信号噪声水平。
在很多应用领域中，特别是在通信系统、雷达系统和传感器等领域中，低噪声放大器的性能对整个系统的工作稳定性和灵敏度起着至关重要的作用。
低噪声放大器的设计目标是在尽可能放大输入信号的同时，尽量减少额外的噪声引入。
这就要求设计人员在选择合适的材料、电路拓扑和组件参数时，综合考虑放大器的增益和噪声性能。
为了确保低噪声放大器的工作稳定性和可靠性，需要对其进行严格的测试和评估。
本文将介绍低噪声放大器测试的方法。
首先，我们将详细讨论测试方法的选择标准，包括测试设备的选择、测试环境的搭建以及测试参数的设置等。
然后，我们将介绍常用的低噪声放大器测试方法，包括噪声系数测试、增益测试和输入输出阻抗测试等。
针对每种测试方法，我们将详细介绍其原理、测试步骤以及数据分析方法。
通过本文的学习，读者将能够全面了解低噪声放大器测试的方法和技巧，能够准确评估和验证低噪声放大器的性能。
同时，本文还将提供一些实用的测试经验和建议，帮助读者在实际应用中更好地设计和应用低噪声放大器。
综上所述，本文旨在为读者提供关于低噪声放大器测试方法的详细介绍，帮助读者掌握低噪声放大器测试的技巧，提高低噪声放大器的设计和应用水平。
1.2 文章结构文章结构的设计是为了让读者能够清晰地了解整篇文章的组织和内容安排。
本文的结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分（1.1）首先会对低噪声放大器进行概述，介绍该技术的基本概念和应用领域。
接下来，会简要介绍文章的结构，包括每个部分的内容和组织方式。
最后，会明确本文的目的，即介绍低噪声放大器的测试方法。
引言部分的目的是引起读者的兴趣，提供一个整体的框架，帮助读者了解本文的主要内容。
正文部分（2.1和2.2）是本文的重点，将详细介绍低噪声放大器的定义、重要性和基本原理。
在2.1部分，会详细解释低噪声放大器的概念，并探讨其在实际应用中的重要性和优势。
甚低频低噪声放大器噪声系数测量-
甚低频低噪声放大器噪声系数测量-一、引言1.1 研究背景1.2 研究目的1.3 研究意义二、低频低噪声放大器的噪声系数2.1 噪声的概念2.2 噪声的分析2.3 噪声系数的定义与测量方法三、测量系统的设计3.1 测量系统概述3.2 噪声测量仪器的选择3.3 测量电路的设计四、实验与结果分析4.1 实验方案设计4.2 实验数据处理与分析4.3 结果讨论五、结论和展望5.1 结论总结5.2 展望研究方向参考文献一、引言1.1 研究背景在电子行业中，低频低噪声放大器是十分重要的一类电路。
它们广泛应用于高灵敏度的测量、感应、放大等方面，如传感器、音频系统、医疗设备等领域中。
噪声系数是评估低噪声设备性能的重要指标之一，它描述了器件在信号处理过程中产生的电磁干扰对信号的影响程度。
因此，研究低频低噪声放大器的噪声系数测量方法具有重要的理论意义和实际应用价值。
1.2 研究目的本次研究旨在探究低频低噪声放大器的噪声系数测量方法，建立一套系统化的测量系统，能够准确、可靠地测量低频低噪声放大器的噪声系数。
同时还要探讨如何降低噪声系数，提高放大器的信噪比，进一步提高器件性能。
1.3 研究意义在实际应用中，低频低噪声放大器的噪声系数是十分重要的指标。
它对于电子仪器的性能和精度提高有着决定性的影响。
因此，研究设计低噪声、高性能的低频低噪声放大器对于提高电子仪器性能的发展有着十分积极的推动作用。
本文在探究低频低噪声放大器的噪声系数测量方法及其影响因素的基础上，降低噪声系数，优化性能的方法，为低频低噪声放大器的研究和应用提供了理论和实践基础。
二、低频低噪声放大器的噪声系数2.1 噪声的概念噪声是一个随机的信号，对于元器件来说，噪声通常指的是其输出信号中包含的随机成分，与输入信号无关。
这种随机性来源于器件内部运动的不规则性以及分布不均衡等因素。
噪声被分为多种类型，其中最常用的指标是均方根 (root mean square, RMS) 值。
[电科大]多频段CMOS低噪声放大器LNA的研究与设计
![[电科大]多频段CMOS低噪声放大器LNA的研究与设计](https://img.taocdn.com/s3/m/6e64037f011ca300a6c39068.png)
I
ABSTRACT
ABSTRACT
With the development and enrichment of various wireless communication standards, multi-band and multi-mode application requirements are brought to RFIC design. The realization of multi-band LNA in multi-band wireless receiver has become an important subject. The basic theory and crucial technology of concurrent multi-band LNA are studied in this thesis. A specific concurrent four-band (GSM0.9GHz/DCS1.8GHz/PCS1.9GHz/ TD-SCDMA2.0GHz) LNA is designed with the mobile communication standards. Firstly, the passive devices and noise of MOS transistors in RFIC，RLC network and L-transform used in impedance-transform are introduced and discussed. The concurrent multi-band LNA is researched in great details after comparing various realistic method and characteristics of multi-band LNA. The noise matching, input and output matching are included. Especially for the last one, a new multi-band output network design manner that fulfills both output matching and power gain requirement at the same time is presented. Secondly, the nonlinearity of concurrent multi-band LNA is studied and discussed in details. Besides the second-order harmonics, in-band IP3 and 1dB compression point in each band, cross-band nth-order intercept point IPn and cross-band 1dB compression point in concurrent LNA when multi-band works simultaneously are analyzed specifically. Then the cascode structure’s nonlinearity is discussed and optimized. Finally, a concurrent four-band LNA based on TSMC 0.35μm RF CMOS process is obtained after debugging and simulating with the simulator SpectreRF in Cadence. The results show with a voltage-supply of 1.8V and a power consumption of 16.2mW, NF in all the four bands is less than 3.2dB, power gain is more than 10dB, s11 and s22 are less than -10dB, in-band and cross-band IIP3 are more than 0dBm, in-band and cross-band P1dB are more than -15dBm and all the performance meet the requirement. Keywords: RFIC, LNA, Multi-band, Concurrent, Linearity
LNA仿真实验报告
低噪声放大器实验（虚拟实验）
姓名郭佩学号 04008307
（一）1MHz LN A
直流分析
交流分析
噪声分析
输出信号的波形与LNA输入信号的波形对比
（二）100MHz LNA 直流分析
交流分析
噪声分析
思考题：
（1）1）比较100MHz LNA的输入信号频率为100MHz时，所获得的噪声系数与1MHz LNA的输入信号频率为1MHz相同幅度信号时的噪声系数的区别，并对差异的原因做探讨。
答：
输入信号频率为100MHZ时的噪声系数远远高于输入信号频率为1MHZ时的噪声系数。
原因分析：集电结电容Cb’c和基极电阻rbb’对晶体管正常工作有不良影响。
在高频电路中，由于rbb’分压，使得Ub’e下降，从而输出电流减小；Cb’c跨接在输入输出端之间构成放大器内部反馈电路，会严重影响放大器的稳定性。
（2）将1MHz LNA中的NPN管换为NMOS管后，相关的仿真结果会产生哪些不同，，并对原因做探讨。
答：
换成NMOS 管后，直流分析和交流分析的输出节点的幅值都比晶体管高，但同时噪声系数也远高于晶体管的噪声系数。
原因分析：场效应管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件。
同时NMOS 管的跨导g m远比晶体三极管的小。
场效应管通过电压控制电场来抑制电流通过，
和三极管通过电流控制电流导通相比，功耗小很多。
因此，在输入电流较小的情况下用NMOS 管时的输出幅值会更大些。
利用ADS设计低噪声放大器LNA
利用ADS 设计LNA低噪声放大器设计的依据和步骤：•满足规定的技术指标噪声系数（或噪声温度）；功率增益；增益平坦度；工作频带；动态范围输入、输出为标准微带线，其特征阻抗均为50Ω步骤：• 放大器级数（对于我们，为了便于设计和学习，通常选择一级） • 晶体管选择 • 电路拓扑结构 • 电路初步设计•用CAD 软件进行设计、优化、仿真模拟一、低噪声放大器的主要技术指标1．LNA 的噪声系数和噪声温度 放大器的噪声系数NF 可定义如下outout in in N S N S NF //=式中，NF 为微波部件的噪声系数；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：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。
通常，噪声系数用分贝数表示，此时)lg(10)(NF dB NF =放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度T e 来表达。
噪声温度T e 与噪声系数NF 的关系是)1(0-⋅=NF T T e 式中，T 0为环境温度，通常取为293K 。
2．LNA 的功率增益、相关增益与增益平坦度微波放大器功率增益有多种定义，比如资用增益、实际增益、共扼增益、单向化增益等。
对于实际的低噪音放大器，功率增益通常是指信源和负载都是50Ω标准阻抗情况下实功率增益的大小还会影响整机噪声系数，下面给出简化的多级放大器噪声系数表达式： (112)13121+-+-+=G G N G N N N f f f f其中：f N －放大器整机噪声系数；321f f f N N N ，，－分别为第1，2，3级的噪声系数；21G G ，－分别为第1，2级功率增益。
从上面的讨论可以知道，当前级增益G 1和G 2足够大的时候，整机的噪声系数接近第一级的噪声系数。
因此多级放大器第一级噪音系数大小起决定作用。
作为成品微波低噪音放大器的功率增益，一般是20－50dB 范围。
高增益低噪声放大器(LNA)的设计资料
本科生毕业设计[论文] 高增益低噪声放大器（LNA）的设计院系专业班级姓名学号指导教师2017年1月13日华中科技大学IC课程设计（论文）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：2017 年 1 月13 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：2017 年 1 月13 日导师签名：2017 年 1 月13 日摘要低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）作为整个射频接收系统第一级，直接影响着整个系统的性能。
它的主要功能就是将从天线接收到的微弱信号进行放大，同时将其输出给后级的混频器，在这个过程中LNA引入信号中的噪声非常低，对信号进行初步的降噪处理，如果信号在通过LNA时引入的噪声较大或者没有将信号放大，那么其后的射频模块将无法对有用信号进行处理。
所以应用中的低噪声放大器必须具有最佳的噪声系数（NF），具有良好的线性度且对信号有一定的放大功能。
基于以上的研究背景，本文设计了一款高增益宽带低噪声放大器，详细的介绍了它的设计过程。
文章首先对宽带低噪声放大器进行了简单介绍，包括它的研究背景及国内外发展现状，接着介绍了在设计低噪声放大器中我们要注意的几个主要的参数，包括噪声、功率增益、输入匹配、线性度和S参数。
最后详细的介绍了我们的电路设计过程，包括一级和二级电路的选择以及其中一些工艺参数的设计，并给出了仿真结果，供大家分析和讨论。
低噪声放大器实验
低噪声放大器实验（虚拟实验）一、实验目的（1）了解低噪声放大器的工作原理；（2）掌握双极性体管放大器的工程设计方法；（3）掌握低噪声放大器基本参数的测量方法；（4）熟悉Multisim软件的高级分析功能，分析高频电路的性能。
二、实验原理低噪声放大器是射频接收前端的关键器件，其主要作用是提供足够的增益将来自接收天线的微弱信号放大从而抑制后级电路的噪声影响。
相较于普通的放大器，LNA有较低的噪声系数、一定的功率增益、足够的线性范围、良好的噪声匹配特性。
一个双极性晶体管LNA的小信号模型如图1所示。
其主要参数有发射结的结电阻r b’e、发射结电容C b’e、集电结电容C b’c、基极电阻r bb’、g m U b’e、特征频率f T等。
图1为了改善噪声性能，LNA需设计匹配噪声匹配网络。
常见的匹配网络有并联共源结构、并‐串反馈式结构、共栅式结构、源极反馈式等。
三、实验内容（一）1MHz LNA1、电路结构1MHz LNA的电路图如图2所示。
根据电路原理图，选取相应的器件，构成试验电路。
在放大器的输入端加入输入信号U i后，在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反幅值被放大了的输出信号U o，实现电压放大。
图2如图3所示，在器件工具条上选择左起第一个按钮，选择输入信号U i。
图3如图4所示，选择“AC Power”作为输入信号，置于晶体管U1的栅极与地之间。
图4双击AC_Power 图标，出现如图5所示的对话框。
改动对话框中的相关设置可以改变幅值频率偏置电压等。
Voltage(RMS)选择5mV，Frequency选择1MHz，设置完毕点击“OK”。
图52、直流分析在进行直流工作点分析时，电路中的交流源将被置零，电容开路，电感短路。
如图6所示，单击菜单Simulate→Analysis—DC Operating Point选项将弹出对话框。
该对话框有Output、Analysis Options、Summary 共三个选项，如图7所示。
最新优化噪声系数的低噪声放大器(LNA)匹配技术
优化噪声系数的低噪声放大器(L N A)匹配技术摘要：RF放大器是一个放大微弱信号、以便接收器进一步处理的有源网络。
接收放大器位于整个系统的RF与IF电路之间，理想的放大器只增大所要求的信号幅度，不会增加任何失真和噪声。
但放大器实际上会在理想信号中增加噪声和失真。
在接收链路中，位于天线后面的第一级放大器贡献了大部分的系统噪声。
在噪声网络之前增加增益，有助于降低该网络的噪声输出。
放大器噪声系数为了分析电路噪声的影响，必须建立一个噪声电路模型—无噪声的电路加上外部噪声源。
对于一个带有内部噪声源的双端口网络(图1a)，这些噪声源的作用可以通过分别串联在输入输出端的外部噪声电压源V n1和V n2来表示(图1b)。
如同内部噪声，这些噪声源在电路端产生相同的噪声电压。
V n1和V n2分别由方程1和2计算，通过其Z参数，表述图1b中噪声分离的双端口网络：和：方程1和2表明，V n1和V n2大小取决于噪声双端口网络的开路测量值。
当输入和输出端开路时(I1 = I2 = 0)，它们遵循这些方程(方程3和4)：和：换言之，V n1和V n2等于对应的开路电压。
图1. 一个噪声双端口网络(a)可以模型化为一个无噪声双端口网络(b)加外部电压噪声源V n1和V n2。
另一种表示噪声双端口网络的模型如图2所示，外部噪声源是电流噪声I n1和I n2。
方程5和6表述噪声分离的双端口网络：和：图2中，I n1和I n2大小取决于噪声双端口网络的短路测量值，如方程7和8所示：图2. 一个噪声双端口网络也可以表示为一个无噪声双端口网络加外部电流噪声源I n1和I n2。
和：除了图1b和2所示这些方法外，其它表示方法都可以从一个噪声双端口网络推导出来。
一个便于噪声分析的表示方法是将噪声源放在网络输入端(图3)。
图3. 同样，一个噪声双端口网络还可以表示为一个无噪声双端口网络加输入端上的外部噪声源V n和I n。
由ABCD参数表述图3中噪声分离的双端口网络，如方程9和10所示：和：方程9和10表明，不可能采用开路和短路测量方式简单地评估图3中的V n和I n。
低噪声放大器(LNA)
(4)
进一步分析显示，产生给定 Fi 的 ΓS 位于一个圆周上，该圆的圆心和半径分别为 CF
i
Γ opt = ------------1 + Ni
(5a) (5b)
(5)
1 - N i2 + N i ( 1 – Γ opt 2 ) r F = ------------i 1 + Ni
射频集成电路设计基础 > 低噪声放大器 (LNA) > 二端口网络的噪声系数
(8)
• 匹配条件下的噪声系数
上图所示共源放大器的主要噪声源分别为
2 = 4 kT γ g » MOS 管沟道热噪声 i d d 0 ⋅ ∆f 2 = 4 kTR ⋅ ∆f » 电感 Lg 的串联寄生电阻 Rl 的热噪声 v rl l 2 = 4 kTR ⋅ ∆f » MOS 管栅极多晶硅电阻 Rg 的热噪声 v rg g
射频集成电路设计基础 > 低噪声放大器 (LNA) > 二端口网络的噪声系数
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那么噪声系数可以写成
4 r n Γ S – Γ opt F = F min + --------------------------------------------------( 1 – Γ S 2 ) ⋅ 1 + Γ opt 2
2 in ,S
2 vn 2 in
YS
Source
Noiseless Network
Two-port Network
定义
Y S = G S + jB S , Y c = G c + jB c ,
2 2 2 vn iu in ,S - , G u = -------------- , G S = -------------R n = -------------4 kT ∆f 4 kT ∆f 4 kT ∆f
最新优化噪声系数的低噪声放大器(LNA)匹配技术
优化噪声系数的低噪声放大器(L N A)匹配技术摘要：RF放大器是一个放大微弱信号、以便接收器进一步处理的有源网络。
接收放大器位于整个系统的RF与IF电路之间，理想的放大器只增大所要求的信号幅度，不会增加任何失真和噪声。
但放大器实际上会在理想信号中增加噪声和失真。
在接收链路中，位于天线后面的第一级放大器贡献了大部分的系统噪声。
在噪声网络之前增加增益，有助于降低该网络的噪声输出。
放大器噪声系数为了分析电路噪声的影响，必须建立一个噪声电路模型—无噪声的电路加上外部噪声源。
对于一个带有内部噪声源的双端口网络(图1a)，这些噪声源的作用可以通过分别串联在输入输出端的外部噪声电压源V n1和V n2来表示(图1b)。
如同内部噪声，这些噪声源在电路端产生相同的噪声电压。
V n1和V n2分别由方程1和2计算，通过其Z参数，表述图1b中噪声分离的双端口网络：和：方程1和2表明，V n1和V n2大小取决于噪声双端口网络的开路测量值。
当输入和输出端开路时(I1 = I2 = 0)，它们遵循这些方程(方程3和4)：和：换言之，V n1和V n2等于对应的开路电压。
图1. 一个噪声双端口网络(a)可以模型化为一个无噪声双端口网络(b)加外部电压噪声源V n1和V n2。
另一种表示噪声双端口网络的模型如图2所示，外部噪声源是电流噪声I n1和I n2。
方程5和6表述噪声分离的双端口网络：和：图2中，I n1和I n2大小取决于噪声双端口网络的短路测量值，如方程7和8所示：图2. 一个噪声双端口网络也可以表示为一个无噪声双端口网络加外部电流噪声源I n1和I n2。
和：除了图1b和2所示这些方法外，其它表示方法都可以从一个噪声双端口网络推导出来。
一个便于噪声分析的表示方法是将噪声源放在网络输入端(图3)。
图3. 同样，一个噪声双端口网络还可以表示为一个无噪声双端口网络加输入端上的外部噪声源V n和I n。
由ABCD参数表述图3中噪声分离的双端口网络，如方程9和10所示：和：方程9和10表明，不可能采用开路和短路测量方式简单地评估图3中的V n和I n。
低噪声放大器实验
低噪声放大器实验（虚拟实验）（一）1MHz LN A
直流分析
交流分析
噪声分析:
输出信号的波形与LNA输入信号的波形对比
（二）100MHz LNA
直流分析
交流分析
噪声分析
输出信号的波形与LNA输入信号的波形对比
思考题：
（1）比较100MHz LNA的输入信号频率为100MHz时，所获得的噪声系数与1MHz LNA的输入信号频率为1MHz相同幅度信号时的噪声系数的区别，并对差异的
原因做探讨。
答：输入信号频率为100MHz时获得的噪声系数比输入信号频率为1MHz时的噪声系数大。
（应在同一个电脑上做）
（2）将1MHz LNA中的NPN管换为NMOS管后，相关的仿真结果会产生哪些不同，，并对原因做探讨。
答：换成NMOS管2N7000后
直流:
交流：
噪声：。
低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究
低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）是无线通信系统中重要的组成部分，其性能直接影响到系统的噪声性能。
噪声系数（Noise Figure）是评估一个LNA性能的重要指标，它描述了LNA输出信号与输入信号的比值之间的信噪比关系。
因此，LNA噪声系数测试技术的研究对于LNA设计和无线通信系统性能的提升都具有重要意义。
LNA噪声系数测试技术主要包括两个方面：噪声源的建立和噪声系数测量方法。
首先，关于噪声源的建立，良好的噪声源是进行LNA噪声系数测试的基础。
目前常用的噪声源包括热噪声源和微波二极管噪声源。
热噪声源的特点是噪声系数稳定、频率范围广，但信号强度低；而微波二极管噪声源具有较高的信号强度，但噪声系数相对较高。
根据实际需要，可以选择适合的噪声源。
其次，关于噪声系数测量方法，目前主要有两种方法：热噪声系数法和冷噪声系数法。
热噪声系数法是一种传统的测试方法，其基本原理是通过比较LNA输入和输出信号的噪声功率来计算噪声系数。
具体步骤如下：先测量噪声源的噪声功率Pn和信号功率Ps，再测量LNA输入和输出信号的功率Pin和Pout，即可计算噪声系数NF = (Pout - Pn) / (Pin - Pn)。
热噪声系数法测试简单易行，但受到了热噪声源的限制，无法适用于高频段的LNA测试。
冷噪声系数法是一种较新的测试方法，它通过在LNA输入端接入一个较低噪声温度的负载，使得输入端看起来呈现冷端特性，然后测量输出信号的噪声功率。
冷噪声系数法可以有效解决热噪声源的问题，并且对高频段的LNA测试更加适用。
冷噪声系数法的具体步骤如下：先测量LNA输入和输出信号的功率Pin和Pout，在LNA输入端接入一个低噪声温度的负载，再次测量LNA输出信号的功率Pout'，即可计算噪声系数NF = (Pout' - Pout) / (Pin - Pout')。
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低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究低噪声放大器（Low-Noise Amplifier，LNA）是一种用于增加输入信号的幅度而几乎不引入额外噪声的放大器。
在无线通信系统中，LNA被广泛使用于接收信号链路中，扮演着信号前端放大器的角色。
因此，准确评估LNA的噪声性能至关重要。
本文将介绍LNA噪声系数测试技术的研究。
首先，我们需要了解噪声系数（Noise Figure，NF）的概念。
噪声系数是评估放大器如何将噪声引入到输出信号中的指标。
它衡量了LNA引入的噪声相对于输入信号的强度。
NF的单位是dB，值越小表示LNA引入的噪声越少。
为了测试LNA的噪声系数，我们需要使用两种基本方法：热噪声法和恒压降噪声法。
热噪声法是通过将LNA输入端短路，并测量输出端的噪声功率来评估噪声系数。
此时，LNA输入端相当于接收到一个噪声功率等于室温KTB的等效噪声电源。
K是玻尔兹曼常数，T是温度，B是系统带宽。
通过测量输出端的噪声功率和输入端的噪声电源功率，可以计算出噪声系数的值。
恒压降噪声法是通过在待测LNA输入端接入一个可变噪声源，并逐渐将其噪声功率降低到一个非常小的水平，同时测量输出端的噪声功率。
通过测量不同噪声功率下的输出噪声功率以及输入噪声功率的比值，可以得到噪声系数。
除了上述两种基本方法，还有一些扩展技术可以提高噪声系数测试的准确性，例如冷电流抵消技术、矩阵法、外差法等。
这些技术可以在一定程度上消除测试中的系统误差，提高测试结果的可靠性。
为了实现LNA噪声系数的精确测试，还需要注意以下几点：
首先，要选择合适的测试仪器。
噪声系数测试仪器应具备宽频带、低噪声、高灵敏度等特点。
矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer，VNA）通常被广泛应用于LNA的噪声系数测试。
其次，要定制合适的测试夹具。
测试夹具应该具备低插入损耗、高隔离度和低噪声等特点，以保证测试结果的准确性。
最后，要注意测试环境的控制。
由于LNA的噪声系数很大程度上依赖于环境温度，所以在测试过程中需要控制好环境温度，避免温度对测试结果的影响。
总结起来，LNA噪声系数测试技术的研究为无线通信系统中LNA的性能评估提供了重要依据。
通过合适的测试方法和技术手段，可以实现LNA 噪声系数的准确测量，为LNA的性能优化和应用提供有力支持。