低噪声放大器的设计制作与调试
LNAADS设计低噪声放大器的详细步骤
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。
3.1晶体管直流工作点扫描
典型仿真结果图
3.1晶体管直流工作点扫描
注意如何规划仿真，才能尽快得到需要的电路
2.软件仿真中需要注意的几个问题
仿真时模型的选择1
晶体管
sp模型：属于小信号线性模型，模型中已经带有了 确定的直流工作点，和在一定范围内的S参数，仿 真时要注意适用范围。Sp模型只能得到初步的结 果，对于某些应用来说已经足够，不能用来做大信 号的仿真，或者直流馈电电路的设计，不能直接生 成版图。 大信号模型：可以用来仿真大、小信号，需要自行 选择直流工作点，仿真时要加入馈电电路和电源。 带有封装的大信号模型可以用来生成版图
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
然后新的Design文件生成，窗口如下
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
同3.1节对应操作，加入 sp模型的晶体管，并连 接电路如图。地的设置 按上面的 键即可调入。 图中的Term也是在仿真 中要经常用到的组件， 用以表示连接特征阻抗 的端口。
各种文件的命名 电路的布局以及参数的设置和选择 要有合理的设计顺序 物理概念要明确，不要在无意义的地方花时间
要记住：按照加工精度，有些线条太细是不能实现的，另外追求小数点后 面N位的精确也是无聊的。 注意仿真中使用模型的适用范围，比如：小信号模型就不能用来看三阶 交调等非线性的曲线（看了也是错的），微带线仿真的时候，注意要 L>W，软件中的模型才是对的。等等。 要按照先局部后整体的优化，切忌直接全局优化，最好能够预先计算设 置优化元件的初值。 要注意仿真的数值稳定性，对于对参数以来敏感的仿真结果在最后制作 的时候是很难实现的。适当的时候需要考虑改系统拓扑。 养成不明白就多看看help的习惯
低噪声放大器设计
低噪声放大器设计随着电子技术的不断发展，低噪声放大器（Low Noise Amplifier，简称LNA）在无线通信和微波领域的重要性不断提升。
低噪声放大器的主要作用是在前置放大器中放大微弱信号，同时将噪声压制到最小，以保证整个系统的性能。
低噪声放大器的噪声系数是衡量其性能的重要指标，通常用dB比值或者分贝数来表示，简称Nf。
低噪声放大器的设计要确保Nf足够低，才能在微弱信号中产生足够的增益且不引入过多的噪声。
因此，低噪声放大器的设计非常重要。
一、低噪声放大器设计的挑战在设计低噪声放大器时，需要面临几个挑战。
第一，如何处理噪声。
在放大器中，噪声来自于电阻、晶体管的温度、元器件的起伏等因素，噪声在传输信号时会被放大。
因此，设计低噪声放大器需要充分考虑噪声的来源，并采取合适的抑制措施，以保证系统的高效运作。
第二，如何改善热噪声。
热噪声是低噪声放大器中一个常见的问题，是由器件本身热引起的噪声。
为了减小热噪声，需要减小器件的温度，采用低噪声晶体管等高品质元器件来代替常规器件，并减小元器件之间的串扰。
第三，如何平衡增益和噪声。
低噪声放大器需要在增益和噪声之间进行权衡，在增益和噪声之间找到平衡点。
增加放大器的增益会对噪声产生影响，因此需要采用低失真、高效率的放大器设计来保证放大器的性能。
二、低噪声放大器的设计要点低噪声放大器的设计要点主要包括器件选择、电路结构、滤波器和匹配等。
器件选择是设计低噪声放大器时非常关键的一个方面，选择适当的低噪声、低电荷、高频率的晶体管材料，能提高系统的性能，也能减小噪声系数。
电路结构是设计低噪声放大器时的另外一个重要方面。
直接耦合放大器和共源放大器是常见的电路结构，其中直接耦合放大器简单、稳定，但增益和噪声系数会受到限制。
而共源放大器的增益和噪声系数的选择范围更大，但也更过程更为复杂。
此外，混频器的阻抗匹配和反馈网络设计也是设计低噪声放大器的重要方面。
滤波器也是设计低噪声放大器时需要重点考虑的方面之一。
低噪声放大器的设计
一种900MHz频段低噪声放大器设计方法及测试结果本文介绍一种低噪声放大器的设计方法，对初学者可能有一定的借鉴作用。
关键词： LNA：低噪声放大器 IL：插入损耗ACPR：邻道功率比值 IM3：三阶交调EESOF\TOUCHSTN：八十年代流行的HP公司的小型微波软件一、任务的来源:受外单位的委托，要求设计一种低噪声放大器，具体要求如下：1.频率范围：820-960MHz2.增益：G≥45dB3.噪声系数：Nf≤1.54.带内平坦度：≤±0.2dB5.线性功率：P-1≥15dBm6.电调衰减：Att= 31dB (5bit)二、设计框架:1.放大器级数的考虑：由于常见器件有效实际增益为11～17dB，故此，3-4级方可满足增益要求。
经对比分析我们确定了以下方案：第一级：A TF10136 Nf=0.4dB G=13.5dB OIP3=18dBm第二级：MSA1105 Nf=4.1dB G=10.5 dB OIP3=25dBm第三级：SGA6586 Nf=2.6dB G=23.8dB OIP3=33dBm在第二级与第三级之间插入数字电调衰减器，其数字电调衰减器的最小IL为1.8dB，所以，总增益约为46dB。
2.噪声系数的计算：一个放大器的噪声系数主要取决于第一、二级放大管的Nf及Gain，见以下公式：NFs=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/(G1G2)+……(NFn-1)/(G1G2…Gn-1) 式中：NFn为第n级器件的噪声系数Gn-1为第n-1级器件的增益基于产品批量生产的一致性考虑，经HP的EESOF\TOUCHSTN编程计算，将第一级FET优化设计成:Nf=0.85dB Gain=13.5dB，经以上公式计算得出噪声系数理论值为1.1dB，满足指标要求。
3.线性功率考虑：线性功率小，交调指标差，它将最终影响功放的ACPR 值和IM3；但是，过分地要求加大P-1，将增加电流消耗，降低了设备的可靠度，同时提高了造价，综合考虑诸多因素，SGA6586比较合适。
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声放大器的设计制作与调试低噪实验一的验目一、实的工作原理及设计方法。
（一）了解低噪声放大器进行微波有源电路的设计，优化，仿真。
件ADS 软（二）学习使用的制作及调试方法。
器（三）掌握低噪声放大二、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BJTCurve；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。
仿真原理图BJT Curve 1 图一个窗口，该窗口会现实仿真或者优化的键，开始仿真，这时会弹出13、按Simulate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。
、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。
低噪声放大器的设计制作和调试PPT81页
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外
ADS设计低噪声放大器的详细步骤课件
系统集成与优化
讨论了未来低噪声放大器在 系统集成中的优化方法，包 括功耗、尺寸和可靠性等方 面的改进。
标准化与可靠性
探讨了未来低噪声放大器设 计的标准化和可靠性问题， 以提高产品的互操作性和稳 定性。
THANKS
感谢观括菜单栏、 工具栏、工作区和状 态栏等部分。
菜单栏
菜单栏包括文件、编 辑、视图、仿真、设 计等常用命令。
工具栏
工具栏提供了常用命 令的快捷方式，方便 用户快速操作。
工作区
工作区是用户进行电 路设计和仿真的主要 区域。
状态栏
状态栏显示当前操作 的状态和提示信息。
04
对信号的影响。
设计实例二：复杂低噪声放大器
总结词
自动增益控制
复杂低噪声放大器在简单低噪声放大器的 基础上增加了更多的功能和优化措施，以 适应更复杂的应用需求。
通过反馈控制电路，实现增益的自动调整 ，确保输出信号的稳定。
抑制谐波失真
多频段设计
通过使用负反馈技术，减小信号的谐波失 真，提高信号质量。
针对不同频段的应用需求，设计多频段低 噪声放大器，实现宽频带信号的放大。
确定功耗
根据应用场景和便携性要求， 设定低噪声放大器的功耗，以
确保设备的续航能力。
选择合适的器件
选择合适的晶体管
根据设计目标和工艺条件，选择合适 的晶体管类型和型号，以满足性能和 成本要求。
选择合适的电阻和电容
根据电路设计和性能要求，选择合适 的电阻和电容，以确保电路的稳定性 和性能。
建立电路模型
课程目标
1
了解低噪声放大器的基本概念、原理和应用。
基于ADS低噪声放大器设计及仿真
基于ADS低噪声放大器设计及仿真ADS是一种电路仿真工具，可用于设计和仿真电子电路。
低噪声放大器在许多应用中非常重要，特别是在无线通信和信号处理中。
本文将介绍如何基于ADS进行低噪声放大器的设计和仿真。
首先，需要明确低噪声放大器的设计目标和性能指标。
低噪声放大器的主要目标是提供高增益和低噪声，以传输和放大信号时尽可能降低噪声干扰。
因此，设计低噪声放大器的时候需要考虑以下指标：1.增益：放大器应具有足够的增益来放大信号，使其达到所需的信号水平。
2.噪声系数：噪声系数是一种量化噪声性能的指标，它表征了放大器引入的噪声功率与输入信号功率之比。
低噪声放大器应该具有较低的噪声系数以降低信号的噪声干扰。
3.带宽：放大器的带宽决定了它能够传输的频率范围。
对于无线通信和信号处理应用，放大器需要具有足够宽的带宽来传输高频信号。
设计低噪声放大器的第一步是选择适当的放大器拓扑结构。
常见的低噪声放大器拓扑结构包括共源极、共栅极和共基极。
在ADS中，可以使用S参数模型来模拟这些拓扑结构，并进行频率和噪声分析。
在选择了适当的拓扑结构之后，需要设计放大器的电路参数，如电流源偏置、电流源阻抗以及电容。
这些参数将直接影响放大器的性能。
接下来，使用ADS进行电路仿真。
可以将放大器的电路图导入ADS，并添加合适的仿真器和分析器。
一般来说，需要进行频率响应、增益和噪声分析。
在进行噪声分析时，需要输入合适的噪声模型，并设置合适的参数。
仿真完了之后，可以通过改变电路参数和拓扑结构来优化低噪声放大器的性能。
一般来说，可以尝试改变电容和电流源的值，以及优化电流源阻抗和偏置电流。
最后，可以根据仿真结果进行实际电路的制作和测试。
由于ADS可以生成精确的电路参数和特性，因此可以根据仿真结果进行电路制造，并通过实验进行性能验证。
综上所述，基于ADS进行低噪声放大器的设计和仿真可以帮助工程师优化放大器的性能，以满足特定应用的需求。
通过合理选择拓扑结构、优化电路参数和进行全面的电路仿真，可以设计出具有高增益和低噪声的低噪声放大器。
低噪声放大器的两种设计方法与低噪声放大器设计实例
低噪声放大器的两种设计方法与低噪声放大器设计实例低噪声放大器的两种设计方法低噪声放大器（LNA）是射频收发机的一个重要组成部分，它能有效提高接收机的接收灵敏度，进而提高收发机的传输距离。
因此低噪声放大器的设计是否良好，关系到整个通信系统的通信质量。
本文以晶体管ATF-54143为例，说明两种不同低噪声放大器的设计方法，其频率范围为2～2．2 GHz；晶体管工作电压为3 V；工作电流为40 mA；输入输出阻抗为50 Ω。
1、定性分析1.1、晶体管的建模通过网络可以查阅晶体管生产厂商的相关资料，可以下载厂商提供的该款晶体管模型，也可以根据实际需要下载该管的S2P文件。
本例采用直接将该管的S2P文件导入到软件中，利用S参数为模型设计电路。
如果是第一次导入，则可以利用模块S-Params进行S参数仿真，观察得到的S参数与S2P文件提供的数据是否相同，同时，测量晶体管的输入阻抗与对应的最小噪声系数，以及判断晶体管的稳定性等，为下一步骤做好准备。
1.2、晶体管的稳定性对电路完成S参数仿真后，可以得到输入／输出端的mu在频率2～2．2 GHz之间均小于1，根据射频相关理论，晶体管是不稳定的。
通过在输出端并联一个10 Ω和5 pF的电容，m2和m3的值均大于1，如图1，图2所示。
晶体管实现了在带宽内条件稳定，并且测得在2．1 GHz时的输入阻抗为16．827-j16．041。
同时发现，由于在输出端加入了电阻，使得Fmin由0．48增大到0．573，Γopt为0．329∠125．99°，Zopt=（30．007+j17．754）Ω。
其中，Γopt是最佳信源反射系数。
1.3、制定方案如图3所示，将可用增益圆族与噪声系数圆族画在同一个Γs平面上。
通过分析可知，如果可用增益圆通过最佳噪声系数所在点的位置，并根据该点来进行输入端电路匹配的话，此时对于LNA而言，噪声系数是最小的，但是其增益并没有达到最佳放大。
因此它是通过牺牲可用增益来换取的。
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。
低噪声放大器的设计与仿真
低噪声放大器的设计与仿真随着技术与工艺的提高，通信系统中限制通信距离的因素已不是信号的微弱程度，而是噪声干扰的程度。
克服噪声干扰是设计电子设备必须考虑的问题。
从广义上来讲。
噪声是指设计中不需要的干扰信号，然而各种各样的通信信号通常是以电波形式传播，因此，接收有用信号的同时，不可避免地混入各种无用信号。
即便是采取滤波、屏蔽等方法，还是会有或多或少无用的信号渗入到接收信道中，干扰后续信号处理。
在改善外部干扰的同时，还需充分发挥设计人员的主观能动性，即就是从接收机内部降低设备自身干扰，主要是采用低噪声放大器来实现。
因此，这里提出一种低噪声放大器的设计方案。
1 低噪声放大器技术指标与设计原则1．1 主要技术指标低噪声放大器的主要技术指标包括：噪声系数、功率增益、输入输出驻波比、反射系数和动态范围等。
由于设计低噪声放大器时，在兼顾其他各指标的同时，主要考虑噪声系数。
噪声系数是信号通过放大器(或微波器件)后，由于放大器(或微波器件)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，通常用NF表示。
放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度表示。
噪声温度与噪声系数NF的关系式中，T0为环境温度，通常以绝对温度为单位，293 K，注意：这里的噪声系数NF并非以dB 为单位。
对于单级放大器，噪声系数的计算公式为式中，NFmin为晶体管最小噪声系数，由晶体管本身决定；Γout、Rn、Гs分别为获得NFmin时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、晶体管输入端的源反射系数。
而多级放大器噪声系数的计算公式为式中，NF总为放大器整机噪声系数；NF1、NF2、NF3分别为第1，2，3级的噪声系数；G1、G2分别为第1，2级功率增益。
从式(3)看出，当前级增益G1和G2足够大时，整机的噪声系数接近第l级的噪声系数。
因此多级放大器中，第1级的噪声系数大小起决定作用。
1．2 设计原则1．2．1 晶体管的选取射频电路中低噪声晶体管的主要技术指标为：高增益、低噪声以及足够的动态范围。
GPS低噪声放大器的设计要点
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 inout out S NNF 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：SLP 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221112212212211,1,1K 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。
ADS设计低噪声放大器的详细步骤详解
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
选定 在原理图窗口的最上一 行，选择 后， 弹出窗口如图 选择 ，综合完毕 后，即可生成适合的匹 配网络
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
匹配网络生成后，点 击 ，进入匹配网络 的子电路，如图所示。 其中的T形接头 为计算时考虑阻抗突变 引入的。在实际电路中 并不代表任何实际长度 的电路，具体的含义请 参阅帮助文档。
建立新的工程文件，命 名为spmod_LNA 在左侧选择S参数仿真 工具栏 如图所示
3.3 SP模型仿真设计—构建原理电路
在库中选出晶体管 ，放置在 原理图窗口 点击 ，放置Term1，Term2两个端口 点击 ，设置接地 点击 ，放置输入阻抗测试控件 点击 ，放置S参数扫描控件 修改S参数扫描控件的设置为需要值 连接电路如下页图所示
1.放大器设计的基本准备
需要明确的概念
S参数、放大器增益（平坦度）、噪声系数、 噪声温度、动态范围、三阶交调与1dB压缩 点、稳定性、匹配。。。 匹配电路有哪些形式 对晶体管如何馈电 And so on…
需要学习的知识
2.软件仿真中需要注意的几个问题
要有好的软件设计习惯
选择 工具栏 如：采用单分支线的 匹配。点击 ，放置 在原理图中 其中各参数的含义请 参阅帮助文档。
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
下面使用ADS的综合工 具，综合出匹配网络。 双击 进行参数编 辑，频率设置为2GHz， Zin设置为需要匹配的 目标值50，Zload设为 前面仿真得到的晶体管 的输入阻抗。
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 inin 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 +(NF 2-1)/G 1+(NF -1)/G G +…… （4） 1312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。
低噪声放大器的设计及仿真
维普资讯
ｋ １ ｌ 一ｓ Ｉ ｌ ｌ ＋ ４ Ｉ， 一 、 ．
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二ｌ ２Ｉ ２ ｌ ０１Ｉ Ｉ ｏ
其巾 ：Ｖ Ｓ，． Ｓ， ＝，２ ， Ｓ： Ｓ －
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如果 Ｋ Ｉ 且 Ｉ Ｉ １ ＞ 并 ． △ ，电路对任何信号源和负载阻抗 ｃ 是绝对稳定的 ：如果 Ｋ １ ｃ 或者 Ｉ Ｉ １则电路存在潜在 的 △ ， 不稳定性 。为 ｒ改善电路 的稳定性，通 常可 以在 源极串接一
噪声系数 Ｎ Ｆ： ＜０ ８ ｄ ；增益 Ｇ ：１ ．ｄ ； ．２ Ｂ ２ ８ Ｂ 输出 １Ｂ ｄ 增益压缩点 （ Ｐ ｄ ） ＋ １ｄｍ ６ ７ Ｂ ； Ｏ ＩＢ ９ Ｂ ３ ．ｄ ｍ 三 阶交调点 （ Ｉ３ ６ ７ Ｂ ； Ｏ Ｐ ）３ ．ｄ ｍ
Байду номын сангаас
输出回波损耗 （Ｒ） 一２Ｂ ＯＬ １ｄ 。 １２器件选择 ． 为 了获得好的噪声系数 、增益的同时获得好的线性度，
Ｏ 引 言
５ １３ ４ ４ 来设计低噪声放大器 的第一级 电路 。
１ １设计指标 ．
射频前端低噪声放大器 （ Ａ 电路是无线电设备前端电 Ｌ ） Ｎ 路设计 中的重要组成部分。 在实 际的接收机接 收信号时， 信 号 的强度往往很低同时夹杂着各种 噪声， 因此其射频前端电 路 中必须考虑采用Ｌ Ａ Ｌ Ａ Ｎ 。 Ｎ 一方面要降低噪声， 另一方面必 须 同时 满足高增益，但 是增益 的大小 受到后面混频器的影 响。
Ｉ ＝０，０ Ｚ １ ９． Ｆ ， ０３ ６ ８ ４ ６ ， ｐ ＝ ．２／ 一１ ０ 。 ７
对宽带接收机来说， 为了同时得到最小的噪声系数和输
入之间的匹配， 一般可 以通过在输入端加隔离器的办法来解
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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：图3 S参数仿真模型4、同上面对应操作，加入sp模型的晶体管，并连接电路如图。
地的设置按上面的键即可调入。
图中的Term也是在仿真中要经常用到的组件，用以表示连接特征阻抗的端口。
由于sp模型本身已经对应于一个确定的直流工作点，因此在做S参数扫描的时候无需加入直流偏置。
5、观察sp模型晶体管的参数显示，在此例中，标定的频率适用范围为0.1~5.1GHz，在仿真的时候要注意。
超出此范围，虽然软件可以根据插值等方法外推除电路的特性，但是由于模型已经失效，得到的数据通常是不可置信的。
6、在本例中，要在控件中作相应的修改。
7、修改好之后，点击按键，进行仿真，弹出数据输出窗口，数据输出窗口如图所示，图中以不同形式显示输出S参数。
如图可见，晶体管的输入匹配并不好。
图4 输出S参数（三）SP模型仿真设计构建原理图：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。
1、本节首先设计sp_hp_AT-41511_2_19950125在2GHz处的输入、输出匹配。
2、建立新的工程文件，命名为spmod_LNA，在左侧选择S参数仿真工具栏在库中选出晶体管，放置在原理图窗口点击，放置Term1，Term2两个端口点击，设置接地点击，放置输入阻抗测试控件点击，放置S参数扫描控件修改S参数扫描控件的设置为需要值连接电路如下页图所示：图5 连接好的电路图测试输入阻抗仿真，在数据输出窗口观察输入阻抗由列表中可得到2GHz点的输入阻抗为：20.083/19.829，换算为实/虚部的形式18.89＋j*6.81。
图6 输入阻抗表 图7 修改MSub 值输入匹配设计：在MSub 中，修改参数为需要值，如图7所示下面使用ADS 的综合工具，综合出匹配网络。
双击 进行参数编辑，频率设置为2GHz ，Zin 设置为需要匹配的目标值50，Zload 设为前面仿真得到的晶体管的输入阻抗。
选定在原理图窗口的最上一行，选择后，弹出窗口如图选择，综合完毕后，即可生成适合的匹配网络，匹配网络生成后，点击，进入匹配网络的子电路，如图8所示。
图8 匹配电路图图9 S参数仿真结果图10输入阻抗、稳定系数、噪声系数仿真结果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：实际上，输出匹配的设计同输入匹配一样，可以采用先计算输出阻抗再由软件综合生成；在下面的设计中采用的方法并不是合适的方法，仅是为了介绍优化工具的使用，请注意。
对于输出及也使用单分支线的结构进行匹配选择，点击微带线工具和T形接头工具，连接电路如图，元件的方向可以按调整。
需要对微带和接头的参数进行调整由输入匹配的设计，可知输入匹配网络的线宽为1.558mm（当然，实际制作电路的时候，不可能达到这样的精度），根据综合时的设置，这个宽度实际上就是50欧姆特征阻抗对应的线宽。
因此，在输出匹配电路中，将所有的宽度设置为此宽度。
如图。
优化工具栏为点击，加入优化控件点击，加入优化目标控件，设置优化目标，在2GHz附近降低S(2,2)，同时2GHz附近的S(1,1)保持尽量小，由于是在当前的两个目标是在2GHz 附近，故相应参数设为”SP2”。
图11优化前的电路图点击，开始优化。
优化结束后，选择Simulate工具中的更新数据选项更新优化后的电路参数。
使用将优化控件关闭（用于激活对象），再点击重新仿真即可得到优化后的电路特性。
经过一次随机优化的S参数如图图12 一次随机优化的S参数如图可见S(2,2)有了很大的改善，但同时S(1,1)恶化了。
反复调整优化方法、优化目标中的权重Weight，还可以对输入匹配网络进行优化，最终得到合适的结果。
将噪声系数、放大器增益、稳定系数都加入优化目标中进行优化，并通过对带内放大器增益的限制来满足增益平坦度指标，最终达到各个要求指标。
如果电路稳定系数变得很小(低于0.9)，难以达到优化目标，或者S(1,1)的值在整个频带内的某些频点在0dB 以上，则需要加入负反馈，改善放大器的稳定性。
对部分电路指标的优化可能导致其它某些指标的恶化，可以根据需要增加一些优化变量。
图13 整个实验原理图图14 整个实验优化结果四、实验心得通过本次实验，让我了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。
使我了解了ADS软件设计低噪声放大器的流程和方法以及相关元件库文件和元件库的使用。
学习熟悉了使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真的全过程。
实验二压控振荡器VCO的设计一、实验目的（一）了解压控振荡器VCO的原理和设计方法（二）学习使用ADS软件进行VCO的设计，优化和仿真。
二、实验内容（一）了解振荡器的主要技术指标（二）使用ADS软件设计一个VCO，并对其参数进行优化、仿真。
（三）观察不同的参数对VCO工作的影响三、实验步骤及实验结果1、启动ADS进入如下界面2、点击File->New Project设置工程文件名称（本例中为Oscillator）及存储路径工程文件创建完毕后主窗口，同时原理图设计窗口打开。
3、设计振荡器这种有源器件，第一步要做的就是管子的选取，设计前必须根据自己的指标确定管子的参数，选好三极管和变容二极管；第二步是根据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置电路的偏置电阻；第三步是确定变容二极管的VC特性，先由指标（设计的振荡器频率）确定可变电容的值，然后根据VC曲线确定二极管两端直流电压；第四步是进行谐波仿真，分析相位噪音，生成压控曲线，观察设计的振荡器的压控线性度。
4、设计指标：设计一个压控振荡器，振荡频率在1.8GHz左右。
第一步根据振荡频率确定选用的三极管，因为是压控振荡器，所以还需要一个变容二极管；第二步需要用到ADS的直流仿真；第三步通过S参数仿真确定变容二极管的VC曲线；第四步用HB模块来进行谐波仿真，计算相位噪音。
设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 硅双极管[12]，变容二极管选MV1404。
AT41411的主要指标有：低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪音系数是1.8dB；高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为13dB；截止频率：7GHz，有足够宽的频带；1.8GHz 时最佳噪音特性：Vce＝8V，Ic＝10mA；振荡器采用的初始电路如下图所示，图中的三极管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库中均可以找到。
图1 初始振荡器电路5、在电路原理图窗口中点击，打开Component library，按“ctrl+F1”打开搜索对话窗口；搜索器件“ph_hp_AT41411”这就是我们在该项目中用到的Agilent公司的晶体管；把搜索出来的器件拉到电路原理图中，按“Esc”键可以取消当前的动作。
选中晶体管，按可以旋转晶体管，把晶体管安放到一个合适的位置。
选择probe components 类，然后在这个类里面选择L_Probe并放在适当的位置，同理可以在“Sources－Time Domain”里面选择V_DC，在lumped components里面选择R。
在optim/stat/Yield/DOE类里面选择GOAL，这里需要两个，还有一个OPTIM。
在Simulation－DC里面选择一个DC。
上面的器件和仿真器都按照下图放好，并连好线。
按NAME钮出现对话框后，可以输入你需要的名字并在你需要的电路图上面点一下，就会自动给电路节点定义名字，如下图中的“Vcb”，“Veb”节点。
图2 修改后的电路图采用双电源供电的方法，设置两个GOAL 来进行两个偏置电阻的优化，考虑到振荡器中三极管的工作状态最好是远离饱和区，还要满足三极管1.8GHz时的最佳噪音特性，所以直流偏置优化的目标是Ic=10mA，Vcb＝5.3V。
6、新建一个电路原理图窗口如上面的做法一个，建立如下图所示的电路图，其中“Term”、“S-PARAMETE”、“PARAMETER SWEEP”都可以在“Simulation－S_Param”里面找到。