低噪声放大器直流偏置电路的仿真设计实验
低噪声放大器设计-线性仿真
L=2.18 nH
PORT P=2
Z=50 Ohm
最终结果
❖ 将频率再设回最初的宽频带: 0.1～20GHz ❖ 增益，匹配，噪声结果:
20 10
0 -10 -20 -30 -40
0
Gain And Match
DB(|S[2,1]|) Amplifier
DB(|S[1,1]|) Amplifier
1
3
RES ID=R2 R=300 Ohm
TLIN ID=TL1 Z0=75.4 Ohm EL=90 Deg F0=5 GHz
PORT P=1
Z=50 Ohm
RES ID=R3 R=20 Ohm
RES ID=R1 R=450 Ohm
PORT P=2 Z=50 Ohm
CAP ID=C1
C=100 pF
-0.2 -0.4
-0.6 -0.8 -1.0
-2.0
Swp Min 0.1GHz
测量增益参数
❖ 创建图表：Two Port Gain，测S21.MSG ❖ 重设频率坐标：取消Auto，设起始值为0
40 30 20 10
0 0
Two Port Gain
DB(|S[2,1]|) Device
DB(MSG) Device
PORT P=1 Z=50 Ohm
CAP ID=C1 C=100 pF
IND ID=L1 L=2.5 nH
PORT P=2 Z=50 Ohm
IND ID=L2 L=4.37 nH
❖ L1. L2 为可调受限变量，设置如下：
说明: 元件属性设置与变量 调节器是相互对应的。
❖ 调节L1.L2 ，在噪声、增益、匹配之间找 个平衡点
实验四低噪声放大器的设计
〔四〕用ADS软件设计低噪声 放大器
▪ 本节内容是介绍使用ADS软件设计低噪 声放大器的方法：包括原理图绘制，电 路参数的优化、仿真，幅员的仿真等。
▪ 下面开场按顺序详细介绍用ADS软件设 计低噪声放大器的方法。
实验四 低噪声放大器的设计
〔一〕 实验目的
了解低噪声放大器的工作原理及设计方 法。
学习使用ADS软件进展微波有源电路的 设计，优化，仿真。
掌握低噪声放大器的制作及调试方法。
〔二〕 实验内容
了解微波低噪声放大器的工作原理。
使用ADS软件设计一个低噪声放大器， 并对其参数进展优化、仿真。
〔三〕低噪声放大器的技术指标
3.3 SP模型仿真设计
很多时候，在对封装模型进展仿真设计前， 通过预先对sp模型进展仿真，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—构建原理电路
在本例中，可以适当调整扫描参数，然后仿真， 在结果曲线上选择适宜的直流工作点，获得相 应的直流偏置电压〔或电流〕值。
3.2晶体管S参数扫描
选定晶体管的直流工作点后，可以进展 晶体管的S参数扫描，本节中选用的是 S参数模型sp_hp_AT41511_2_19950125，这一模型对应的 工作点为Vce=2.7V、Ic=5mA
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。
低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADS.ppt
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
（3）噪声系数 放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信 号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量 的变坏程度。级联网络中，越靠前端的元件对整个噪 声系数的影响越大，在接收前端：必须做低噪声设计。 放大器的设计要远离不稳定区。噪声的好坏主要取决 于器件和电路设计。 （4）动态范围 放大器的线性工作范围。最小输入功率为接收灵 敏度，最大输入功率是引起1dB 压缩的功率。
与源阻抗无关，与负载阻抗有关 ; 资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比，源 端和负载端均共扼匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗无关。它表示放 大器增益的最大潜力; 转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功率之比， 与两端阻抗都有关。
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三、低噪声放大器基础知识
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三、低噪声放大器基础知识
1.3 放大器常用元器件
1.两端负阻的二极管器件
变容二极管 ：参量放大
隧道二极管：隧道效应 耿氏二极管：转移电子 碰撞雪崩渡越时间二极管：雪崩渡越时间 特点：应用于放大器电路的早期器件，制造比较容易、便宜，
但是两端口器件实现增益的相关电路价格确比较昂贵，且稳定 性较差，调试工作困难。
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一、电路噪声的定义与分析
1.2 噪声的分类
内部噪声，在没有施加外部电流的情况下所能够观察到的噪声： 电阻的热噪声 额外噪声，只有施加外部电流的情况下才能够观察到的噪声： 1/f噪声 散粒噪声 外部噪声， 环境噪声 外部电子干扰噪声
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一、电路噪声的定义与分析
1.3 热噪声的定义
导体中的噪声功率表示为： P k T f k T B （1） n 其中K为波尔兹曼常数，T是绝对温度用K表示，
1.95~2.05GHz低噪声放大器仿真流程REV1.0
1.DC仿真单击File，选择New Project，输入工程名：LNA_0326后点击OK:打开原理图编辑窗口：点击自带器件库按钮，在RF transistor内中找到器件pb_hp_A T41511_19950125单击鼠标右键，选择place Component后放置晶体管到原理图中:在source time domain 中选择直流电压源V_DC和电流源I_DC后放如原理图中:在probe components 中选择电流探针I_probe后放入原理图：template后放入原理图：添加变量V AR后，连接原理图，并修改参数如下：单击F7进行仿真，结果如下：选择曲线中间的IC=5mA，VCE=2.7V作为其静态工作点：2.晶体管S参数扫描执行File——New design选择New Schematic Window，命名为LNA_0326_2后点击OK:打开新的原理图设计窗口击右键选择place components后放到原理图中：后放入原理图，连接相关部件并修改参数如下：单击F7进行仿真，可以看到该晶体管的S参数，结果如下：单击矩形曲线绘制图标，选择S11后单击ADD，再弹出的对话框中选择dB后单击OK再单击OK后得到S11的曲线图如下：双击S参数仿真控制器，Noise选项卡中勾选Calculate Noise，单击OK，再次仿真；添加噪声系数矩形图：可见S11在设计的频段仅为-6，不能满足设计要求。
3.输入匹配电路设计3.1电路输入阻抗测试：在Simulation-S-parameter中选择输入阻抗计算控件后添加到原理图中：单击F7进行仿真，选择数值列表显示按钮。
选择Zin1后单击ADD，并点击OK得到如下结果。
可以通过把表拉长来观看自己所关心频段的输入阻抗：18.892+j*6.813：为了把该输入阻抗匹配至50欧姆，新建原理图，命名为match_Zin后点击OK。
添加S参数仿真的相关控件，也可以单击菜单栏insert菜单下的template选择S-Params后单击OK，如下：放入电路，连接相关部件并修改参数如下：单击菜单栏的designguide，选择passive circuit设计选择passive circuit control window,单击OK选择design assistant, 单击design进度条走到100%后关闭窗口单击查看子电路按钮，移动到SS_match控件上单击，可以看到设计的结果：F7进行仿真仿真结果如下，可以看到，在频率为2GHz时，该电路获得了最好的匹配。
基于ads 的低噪声放大器设计与仿真
基于ADS的低噪声放大器设计与仿真一、实验背景和目的 (4)1.1 低噪声放大器 (4)1.1.1 概念 (4)1.1.2 主要功能 (4)1.1.3 主要应用领域 (5)1.2 低噪声放大器的研究现状 (5)1.3 本实验报告的主要研究内容和内容安排 (6)二、低噪声放大器的原理分析与研究 (7)2.1 低噪声放大器的基本结构 (7)2.2 低噪声放大器的基本指标 (7)2.2.1 噪声系数 (8)2.2.2 增益 (9)2.2.3 输入输出驻波比 (9)2.2.3 反射系数 (9)2.2.4 放大器的动态范围（IIP3） (10)2.3 低噪声放大器设计设计的基本原则 (10)2.3.1 低噪声放大管的选择原则 (10)2.3.2 输入输出匹配电路的设计原则 (10)三、低噪声放大器的设计 (14)3.1 放大器设计的主要流程 (14)3.2 低噪声放大管的选择 (15)3.3 稳定性计算 (16)3.4 输入输出匹配电路电路设计 (17)3.5 偏置电路 (18)3.6 电路中需要注意的一些问题 (18)四、设计目标 (20)五、ADS软件仿真设计和结论 (21)5.1 ADS仿真设计 (21)5.1.1 直流分析DC TRacing (21)5.1.2 偏置电路的设计 (21)5.1.3稳定性分析 (22)5.1.4噪声系数园和输入匹配 (22)5.1.5最大增益的输出匹配 (25)5.2 结论分析 (30)需要仿真源文件，请在空间留言一、设计的背景和目的1.1 低噪声放大器在无线通信系统中，为了提高接受信号的灵敏度，一般在接收机前端放置低噪声放大器用来提高增益并降低系统的噪声系数。
1.1.1 概念低噪声放大器是噪声系数很低的放大器。
一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。
在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。
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。
低噪声放大器设计与仿真要点
实验3 低噪声放大器设计与仿真
实验目的：
1.了解微波低噪声放大器的技术指标和设计方法；
2.掌握使用ADS软件进行微波有源电路的设计、仿真与优化。
实验内容：
3.1 低噪声放大器的基础知识
3.2 晶体管直流工作点扫描
3.3 晶体管S参数扫描
3.4 SP模型的仿真设计
3.1 低噪声放大器的基础知识
1. 低噪声放大器的作用
放大微弱信号
降低噪声干扰
在接收机或各种特定的无线通信系统中，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，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。
因此，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
噪声系数
放大器增益
3-1。
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。
基于ADS的低噪声放大器设计与仿真
基于ADS的低噪声放大器设计与仿真低噪声放大器（Low-Noise Amplifier, LNA）是射频电路中非常重要的一个部分，主要用于放大信号并减小信号中的噪声。
在无线通信系统中，LNA的性能对整体系统的灵敏度和性能有着较大影响。
因此，设计和优化LNA的性能是一个重要的任务。
为了设计和仿真低噪声放大器，我们可以使用射频电路设计工具ADS （Advanced Design System）。
以下是基于ADS的LNA设计和仿真步骤的详细说明：1.设定设计规格：首先，我们需要确定LNA的设计规格，包括增益、带宽、输入和输出阻抗以及噪声指标等。
这些规格将指导后续的设计和优化。
2.选择合适的器件模型：在ADS中，我们可以从器件库中选择合适的射频器件模型。
这些器件模型通常由芯片制造商提供，并包含了器件的电性能和行为特性。
3.组装电路拓扑：在ADS设计环境中，我们可以通过拖拽和连接器件模型，以及添加连接线和连接器等来组装电路拓扑。
根据设计规格，我们可以选择串联或并联的方式来组装放大器电路。
4.添加偏置电路：为了使LNA正常工作，我们需要添加适当的偏置电路。
这些偏置电路可以是直流电源、偏置电阻和偏置电容等。
5. 设计匹配网络：为了确保LNA的输入和输出阻抗与源和负载匹配，在ADS中，我们可以使用S参数和Smith图等工具来设计和优化匹配网络。
6.仿真性能指标：在设计完成后，我们可以使用ADS的模拟仿真工具来评估LNA的性能指标，如增益、噪声指标、稳定性和带宽等。
这些仿真结果可以帮助我们了解LNA的行为特性，识别并改进潜在的问题。
7.优化设计：根据仿真结果，我们可以进行一系列的设计优化，包括调整组件值、优化匹配网络、改变电路拓扑等。
通过不断地迭代优化，我们可以逐步接近设计规格的要求。
8.布局和封装：当设计满足规格要求后，我们可以进行布局设计和封装。
在ADS中，我们可以使用高级工具来完成布局和封装过程。
9.重新仿真和验证：在布局和封装完成后，我们需要重新进行仿真和验证。
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。
低噪声放大器设计仿真及优化毕业
低噪声放大器设计仿真及优化毕业低噪声放大器设计仿真及优化摘要快速发展的无线通信对微波射频电路如低噪声放大器提出更高的性能。
低噪声放大器(LNA)广泛应用于微波接收系统中，是重要器件之一，它作为射频接收机前端的主要部分，其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。
它的噪声性能直接决定着整机的性能，进而决定接收机的灵敏度和动态工作范围。
而近年来由于无线通信的迅猛发展也对其提出了新的要求，主要为：低噪声、低功耗、低成本、高性能和高集成度。
所以本论文针对这一需求，完成了一个2.45GHz无线射频前端接收电路的低功耗低噪声放大器的设计。
本文从偏置电路、噪声优化、线性增益及输入阻抗匹配等角度分析了电路的设计方法，借助 ADS 仿真软件的强大功能对晶体管进行建模仿真，在这个基础上对晶体管的稳定性进行了分析，结合 Smith 圆图，对输入输出阻抗匹配电路进行了仿真优化设计，设计了一个中心频率为2.45GHz、带宽为100MHz、输入输出驻波比小于1.5、噪声系数小于2dB和增益大于15dB的低噪声放大器。
关键词：微波；低噪声放大器；噪声系数；匹配电路；ADS仿真ABSTRACTRapid growth of wireless data communications has increased the demand for high performance RF&Microwave circuits, Such as Microwave Low Noise Amplifiers. The LNA is one of the most important and broad components in Microwave communication system receiver, as the main part of the RF front-end receiver, the function of the low noise amplifier is amplifying the faint signal which incepted from air by the antenna. It can reduce the noise jamming, so as to demodulate right information for the system. The noise performance of the LNA will affect the performance of the whole system directly, and then deciding the sensitivity and dynamic working scope of the receiver.From the aspect of bias circuit, noise optimization, linear gain, impedance match, and the design methodology for LNA is analyzed, This article carries on the modelling simulation with the aid of the ADS simulation software's powerful function to the transistor, has carried on the analysis in this foundation to transistor's stability, has used the Smith circle diagram, to input the output impedance match circuit to carry on the simulation optimization design. a radio frequency power amplifier is designed, which has a centre frequency2.45GHz, bandwidth 100MHz, I/O VSWR less than 1.5, Noise coefficient less than 2dB and Wattandgain 15dB.Key Words：microwave;low-noise amplifier; noise figure; matching circuit; ADS simulation目录1引言 (1)1.1课题研究背景11.2低噪声放大器简介21.3低噪声放大器的发展现状21.4本课题的研究方法及主要工作32低噪声放大器理论综述 (5)2.1史密斯圆图52.2S参数62.3长线的阻抗匹配72.3.1微波源的共轭匹配 (7)2.3.2负载的匹配 (8)2.3.3匹配方法 (8)2.4微带线简介82.5偏置电路93低噪声放大器的基本指标 (10)3.1工作频带103.2带宽103.3噪声系数113.4增益123.5稳定性123.6端口驻波比和反射损耗134低噪声放大器设计仿真及优化 (15)4.1指标目标及设计流程154.2选取晶体管并仿真晶体管参数154.3晶体管S参数扫描174.4放大器的稳定性分析194.5设计输入匹配网络214.5.1匹配原理 (21)4.5.2计算输入阻抗 (23)4.5.3单支节匹配电路 (23)4.6设计并优化输入输出匹配网络25结论 (30)参考文献 (32)致谢 (34)1引言1.1课题研究背景微波和射频工程是一个令人振奋且充满生机的领域，主要由于一方面，现代电子器件取得了最新的发展；另一方面，目前对语音、数据、图像通信能力的需求急剧增长。
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。
低噪声放大器设计与仿真
射频技术及其应用实验报告系（院）：信息与通信工程学院专业：通信工程班级：通信 1 0 - 2BF实验内容：低噪声放大器设计与仿真姓名：学号：序号：完成日期： 2 0 1 3 年 1 2 月 1 5日一、低噪声放大器设计与仿真1、基本原理放大器可分为低噪声放大器、高增益放大器、中功率放大器和大功率放大器。
电路组态按工作点的位置一次分为A类、B 类、C 类3种。
A类放大器用于小信号、低噪声，通常用作接收机前端放大器和功率放大器或功率放大器的前级放大。
B类和C类放大器电源效率高，输出信号谐波成分高，需要有外部混合电路或滤波电路。
低噪声放大器，噪声系数很低的放大器。
一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。
在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。
2、主要技术指标1）频率范围2）增益3）噪声系数4）动态范围3 低噪声放大器设计原则1）放大器中放大管的选择2）I/O匹配电路的设计原则3）电路中需要注意的一些问题4）低噪声放大器方便的设计手段5）同行业低噪声放大器的发展水平二、低噪声放大器的设计1、晶体管直流工作点扫描（1）创建一个新项目①启动ADS2009，选择MainWindows.②执行菜单命令，按照提示选择项目保存的路径和输入文件名。
③单击OK按钮，创建新项目。
④单击，新建电路原理图窗口，开始设计滤波器。
（2) 选择 Sources- Ti m e s D om ai n类→选择控件→放置到原理图中→双击修改属性使Vdc=VCE→选择控件→放置到原理图中→双击修改属性使I dc =IBB。
（3) 选择PtobeComponent s 类→选择控件放置到原理图中→在工具栏中选取单击图标→查找元件pb_ph_AT41511_19950125放置到原理图中。
（4)选择→选择控件放置到原理图中，双击修改属性。
ADS报告_第三讲_低噪声放大器设计与仿真8
微波电路与系统仿真实验报告姓名：学号：院系：一、实验名称：低噪声放大器设计与仿真二、实验技术指标：1.建立仿真原理图2.仿真结果三、报告日期：2012年10月9日四、报告页数：共8页五、报告内容：5.1、晶体管直流工作点的扫描1.电路原理图建立工程、晶体管直流工作点扫描（目的：进行直流工作点扫描和分析；检查电路的静态工作点）。
2.电路图3.仿真结果5.2、偏置电路的设计2.1 bjt_bias设计1.电路原理图设计偏置电路。
2.电路图3.仿真结果1）、在Design Guide中设置相关参数后，生成直流偏置电路2.2 bjt_biascircuit的设计1.电路原理图设计偏置电路。
2.电路图（点击【Simulation】→【Annotate DC Solution】可看到各节点电压电流）5.3、稳定性分析1.电路原理图2.电路图3.ADS仿真图稳定系数K（稳定性判别系数）：此处K<1，放大器电路不稳定。
需加入负反馈电路。
加入负反馈电路后的ADS电路图为：其相应的ADS仿真图为：1.电路原理图为：2.ADS仿真结果图为：修改S参数仿真器，加入噪声系数的仿真，用列表形式显示数据，结果为：5.5、输入匹配的设计1.电路原理图为：2.仿真结果为：S11、S22的仿真结果S11、S22、S21和S12、Zin、nfmin、nf(2)的仿真结果5.6、输出匹配设计11.ADS原理图2.ADS仿真结果S11、S22的仿真结果S11、S22、S21和S12、Zin、nfmin、nf(2)的仿真结果5.7、输出匹配设计21.初始电路图（未加入直流偏置网络）2、优化后的仿真结果为3、在原理图中加入直流偏置网络时的电路图为4、ADS优化仿真图如下六、总结通过本次实验，了解了低噪声放大器的一些基础知识。
同时，学习和了解了设计低噪声放大器的一般步骤，以及对放大器性能测试仿真的一些方法，进一步熟悉了ADS的基本操作。
低噪声放大器仿真实验
东南大学电子电路与综合实验报告
实验一低噪声放大器仿真实验
一、实验目的
（1）了解低噪声放大器的工作原理
（2）掌握双极性晶体管放大器的工程设计
（3）掌握低噪声放大器的基本参数的测量方法
（4）熟悉Multisim软件的高级分析功能
二、实验原理
三、实验仪器
四、实验内容/实验步骤
1、2MHz
（1）搭建电路图，如下图所示：
（2）直流分析
点击仿真——分析——直流工作点，得到下列结果：
（3）交流分析（4）噪声分析
2、250MHz （1）搭建电路
(2)直流分析
(3)交流分析
(4)噪声分析
五、思考题
（1）比较250MHzLNA LNA的输入信号频率为250MHz时，所获得的噪声系数与2MHzLNA的输入信号频率为2MHz相同幅度信号时的噪声系数的区别，并对差异的原因进行探讨。
250MHz时，噪声系数比2MHz时大很多。
在高频电路中，由于rbb’的作用，Ub’e会减小，使输出电流减小。
由Cb’c构成的反馈回路对电路的稳定性的影响也会随输入信号的频率的增加而增加。
（2）将2MHzLNA中NPN管换为NMOS管后，响应的仿真结果会产生那些不同，并对原因进行探讨。
换成NMOS后，直流分析和交流分析得到的幅值都要比晶体管的高，同时它的噪声系数也远远高于晶体管的噪声系数。
场效应管是电压控制的组件，晶体管是电流控制的组件，NMOS的跨导gm比晶体管的小很多，场效应管的功耗要小。
因此，在输入电流较小的情况下用NMOS时的输出幅值要更大一些。
低噪声放大器的设计与仿真
低噪声放大器的设计与仿真低噪声放大器的设计要求 (2)低噪声放大器的设计 (2)一、直流分析与偏置电路设计 (2)二、稳定性分析 (4)三、噪声系数圆和输入匹配 (5)四、最大增益的输出匹配 (7)五、电路整体微调 (9)六、版图设计 (12)心得与体会 (13)参考文献 (13)低噪声放大器的设计要求Use Avago’s ATF-331M4 to design a LNA1. Operation Frequency rang:2.4 GHz ~ 2.5 GHz2. Noise Figure below 0.7 dB;3. Gain > 13 dB; (Feasible maximum gain is 16.1 dB at 2.5 GHz)（曾经为15dB，后改为13dB）4. VSWR(input)<1.5;5. VSWR(output)<1.5;Use the schematic tool to simulate and realize it with the layout tool (Momentum) in ADS. Give both the schematic and layout of the final LNA amplifier circuit, detailed simulation procedure, and the simulation results obtained with both the schematic and layout circuit.低噪声放大器的设计低噪声放大器的设计步骤1、直流分析与偏置电路设计2、稳定性分析3、噪声圆系数与输入匹配4、最大增益的输出匹配5、电路整体微调6、版图设计以下将详细叙述这些设计步骤。
一、直流分析与偏置电路设计1、从ATF-331M4的说明文档如图1可以看出，2GHz下它在V DS为4V、I d为40-80mA时噪声系数在0.6左右，且增益去到15dB 以上，符合设计要求。
低噪声放大器的AD仿真与设计
低噪声放大器的ADS仿真与设计前言无线通信系统中的小信号放大器，除了要求增益以外，另有特别需求的低噪声度NF。
低噪声放大器主要用作接收机的输入级，一般称其为前端。
这一置于前端的前置放大器噪声的大小将会主导接收系统的整体噪声度，因而必须是一个低噪声放大器。
本文介绍了通过ADS仿真采用AT-41511[1]低噪声晶体管实现低噪声放大器的设计，主要设计指标：工作频带750MHz~850MHz；增益：大于14dB；增益带内波动：小于 0.5dB；输入输出回波损耗：小于-10dB ；噪声系数：小于1.8dB ；稳定性：无条件稳定。
ADS2006A(Advanced Design System)软件是Agilent公司在HPEESOF系列EDA软件基础上发展完善的大型综合设计软件，它功能强大，能够提供各种射频微波电路的仿真和优设计，是射频工程师的得力助手。
1、直流偏置电路设计晶体管放大器的偏压设计[5]都以一个电源供应配合电阻网络组成。
为获得较低的噪声系数参考AT-41511手册选定直流工作点为Q(VCE,IC) 即VCE =5.0V，IC=5mA且已知VCC =6V,取近似值根据以下公式[6]可以得到直流偏置电路电阻的阻值。
采用集电极反馈的偏置电路如图1所示。
图1 直流偏置电路设计由于实际器件参数和ADS器件库中模型参数有一定的差异，即使同一批器件由于工艺上的偏差，其单个器件参数也有所不同[6]，故上述计算只能得到偏置电路的大致参数。
之后在PCB实际调试的时候，首先调整偏置电路各电阻的阻值以使晶体管偏置在所需要的的状态下。
2、稳定性设计根据AT-41511的s参数模型做稳定系数仿真可以看出，在所需要的频段内放大器是不稳定的，需要进行稳定电路[5]的设计。
增加稳定电阻和电容如图2所示，仿真可以得到如下图3所示的仿真结果，可以看出增加稳定电阻电容后在所需的频段内稳定因子K>1，放大器是无条件稳定的。
图2 增加稳定电路的仿真图图3 稳定系数仿真结果3、输入输出匹配电路设计为了获得最小的噪声系数，Γs有个最佳值Γopt[8]，此时LNA达到最小噪声系数，即达到最佳噪声匹配状态。
低噪声放大器的ADS仿真与设计
研究与设计电子测量技术ELECT RON IC M EASU REM ENT T ECH N OLOGY第31卷第8期2008年8月低噪声放大器的ADS仿真与设计阚能华习友宝王中航(电子科技大学电子工程学院成都610054)摘要:介绍了利用A DS仿真软件设计低噪声放大器的方法及主要步骤,晶体管选择低噪声、价格便宜但性能优良的AT-41511。
使用A DS器件库中的sp模型,重点进行了输入和输出匹配电路的设计。
该低噪声放大器工作在750 ~850M Hz的频段内,实际的测试结果噪声系数小于1.8dB,增益大于14dB,表明放大器达到了预设的技术指标,性能良好,可用于射频接收机前端。
通过设计过程可以看出,利用A DS进行射频微波电路仿真,可以很方便地得出最佳电路设计,且指标完全符合要求。
关键词:低噪声放大器;噪声系数;阻抗匹配中图分类号:T N722.3文献标识码:ALNA design using AT-41511based on ADSK an Neng hua Xi Youbao W ang Zhonghang(School of Electronic Engineering,UES T of Chin a,Chengdu610054)Abstract:T his paper discussed the basic principle and specific pr ocess for L N A design using A T-41511based o n Ag ilent.s AD S2006A.T o simplify the metho d,it used sp_mo del of the A DS(A dvanced Design System)device libr ary. T he main emphasis will be put o n the input and output impedance matching and the measur ement r esults of the L N A w ill include the follow ing:O per ating fr equency750-850M H z,N oise Fig ure<1.8dB,Gain>14dB.T he simulat ion data and the measurement r esults on finished pr oduct sho w that the L N A in this paper meets the requirement s of RF receiver.A DS softw are is used to simulate the results of the design inst ance and the results sho ws that the perfo rmance w ell answ ers fo r the previous ta rget.Keywords:lo w noise amplifier;noise fig ure;impedance-matching0引言无线通信系统中的小信号放大器,除了要求增益以外,另有特别需求的低噪声度NF。
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低 噪声 放 大 器 直流 偏 置 电路 的仿 真 设 计 实 验
何颖
（９ １ 队，乌鲁木齐 ８ ０ １ ） ６０ ７部 ３ ０ ７ 摘 要： 噪声放 大器 （ｏ ｏ ｅＡ ｌ ｅ，Ｌ Ａ Ｌｗ Ｎ ｉ ｍｐ ｆ ｒ Ｎ ）是微波 系统及其测量仪器 中的 关键部件之一 ，其噪声的大小直接 ｓ ｉ ｉ
ＨＥ ｎｇ Ｙｉ
（９ １ Ｌ ｒｏ ｓ Ｕ ｕ ｑ ３ ０ ７ ６ ０ ７Ｐ Ａ Ｔｏ ｐ ， ｒｍ ｉ ０ １ ） ８
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｗ Ｎｏｓ ｓｒ ｃ ：Ｌ ｉｅ Ａｍｐ ｉ ｅ ｓｏ ｅ ｏ ｅ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｅ Ｍｉｒ ｗａ ｅ Ｓ ｓｅ ａ ｄ ｔ ｅｒｍｅ ｓ ｒ ｇ ａ ｐ ｒ ｔ ｓ ｔ Ｎｏｓ ｌ ｒｉ ｎ ｆ ｙ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｆｔ ｃ ｏ ｖ ｙ ｔ ｍ ｎ ｈ ｉ ａ ｕ ｉ ｐ ａ ａ ｕ ，ｉ ｉｅ ｉ ｆ ｋ ｈ ｎ ｓ
电路 的主 要 元 件 ，选 择 Ｔ型 网络 作 为 匹 配 网络 的 拓扑 结 构 。
２ 偏置 电路仿 真设 计
晶体 管 Ａ ３ １３的 ｓｐ文件 【 提供 了在 不同直流偏 置下 Ｔ４４ ２ － ｌ
的 噪 声 、增 益 及 Ｓ参 数 的情 况 。根 据 设 计 需 要 确 定 了直 流 偏
置 （ ＝ ｖ，， ＝ ０ Ａ ，在 ２０ Ｈ ３ ， ４ｍ ） ． ｚ附近工作 时有 较低 的噪 Ｇ 声系数和较高 的可资用增益 。接下来就 是采用一 定 的电路 结
导致放大器 电路 的不稳定 。偏置 电路设计 的重要性不可低估 ，
主要 介 绍 了 低 噪 声 放 大 器 中支 直 流 偏 置 电 路 的仿 真 设 计 的 一
设 计偏置 电路 时 ，首先应用 射频开发 软件 Ａ Ｐ Ａ Ｐ Ｃ Ｄ计算
电路中源极 电阻 、漏极电阻 的近似值 。再应用 Ａ Ｓ２软 Ｄ ［ １
Ｆｉｕ ｅ ｄ ｒｃ ｙ ａ ｅ ｔ ｅ ｉｉｉｙ ｏ ｉｎａ ｅ ｅ ｉ ｄ ｓ ｓｅ ｒ ｌａ ｌｔ ｔｉ ｍｐｏ ｎｃ ａ ｏ ｄｅｅ ｔｍａｅ ｈ ｔ ｇ ｒ ｉｅ ｔ ｆ ｃ ｓ ｓ ｎｓｔｖ ｔ ｆｓｇ ｌｒｃ ｐｔ ｌ ｏｎ ａｎ ｙ ｔｍ ｅｉｂｉｉ ｙ．Ｉ ｓ ｉ ￣ａ ｅ ｃ ｎ ｎ ｔｂｅ ｕｎ ｒｓｉ ｔｄ ｔ ａ
成偏 置 ，简化 了设计 和降低 了制 作成本 。再 次 ，在 源极加上
电阻足 后 ，会形成 直流负反馈 ，这样会使直 流工 作点更加稳
定 。其 中 ，电阻并联 了交流旁路 电容 ，但是 由于元件 的非理
想性 ，噪声会 比直接接地时有所上升 ，不过优势是 主要 的。
决定意义 。低 噪声放大器 的设 计过程 ，可 以简单地 的称 作是 “ 稳定前提下一个偏置 、两个匹配 ”的设计 。在晶体管放大 电 路 中，偏置 电路 为晶体管 提供 合适 的静态工作 点 ，如果 偏置 电路 设计不 当，会 影响 电路 的功率增益 、噪声 系数 ，甚 至会
噪声放大器 （ｏ ｏｓ ｍ ｌ ｅ，Ｌ Ａ Ｌ ｗＮ ｉ Ａ ｐｉ ｒ Ｎ ）是微波 系统 及其 ｅ ｉ ｆ 测量仪 器中 的关键部 件之一 ，其 噪声 的大 小直接影 响信号 接 收灵敏度及 系统 的可靠 性 。研制低 噪声放 大器对 降低发射机 和接收机 的噪声 、提高信 息传送质量 、增加通 信距 离都 有着
Ｓ ｌｔｎＤ ｓ ｎｏ Ｅｄ ｅｔ Ｕ ｅｔｂａｉｇｃ ｃ ｉ ｅ Ｌｗ Ｎ ｉ ｍｐｉｅ． ｉ ａｏ ｅｉ ｆ （ｉ ｃ Ｃｌ ｎ） ｉｓ ｉ ｕｔ ｉ ｔ ｏ ｏ ｅ ｍｕ ｉ ｇ Ｄ ｒ Ｔ ｎ ｒ ｓ ｎｈ ｓＡ ｌ ｒ ｉ ｆ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｌ ｗ ｏ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ Ｎ ｉｅ Ａｍｐｉ ｅ ＤＣ ｂ ａ ｉ ｇｃ ｒ ｕｔ Ｓ ｍｕａ ｉｎ Ｄｅ ｉｎ ｌ ｉｒ： ｉ ｓ ｉｃ ｉ ｆ ｎ ｓ； ｉ ｌｔ ｓｇ ｏ
ｂ ａ ｉ ｇ ｃｒ ｕ ｔ ａ ｈ ｒ ｎ ｉ ｏ ｒ ｖ ｄ ｐ ｒ ｐ ｉｔ ｔ ｔ ｐ ｒ ｔ ｓｉ ｒ ｎ ｉｔ ｒａ ｌ ｅ ｉｃ ｉ ． ｈ ｓｐ ｐ ｒｉ ｔ ｕ ｅ ｈ ｉ ｓ ｉ ｉ ｓｔ ｅｔａ ｓｓ ｒｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｐ ｏ ｒａｅ ｓａｉ ｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｔａ ｓｓｏ ｍｐ ｉ ｒｃ ｒ ｕｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｎｍｄ ｃ ｓｔ ｅ ｎ ｃ ｓ ｔ ｃ ｉ ｆ ｓ
件进行仿真，得到Ｉ 的值 ，经过多次仿真发现 的升 厂 和
高会 导致， ， 迅速 降低 ， 的升高则会导致 迅速降低 ，依 的值 ，进 行仿真 ，得 图及仿真结 果如 图 １ 图 ２所示。 和
种基 本方法 ，并 总结 了实验体会 ，为今 后的实验 工作积 累的
经验 。
１ 器 件及 匹配 元件 的选择
本设 计 中采用 了 Ａ ｉ ｎ 公 司生产的高 电子迁移 率 晶体管 ｇｌ ｔ ｅ
（Ｈ Ｍ ）Ａ Ｆ ４ ４ ，它具有高的截止频率 和效率 ，在选定 的 Ｐ Ｅ Ｔ Ｔ ３ １３
工作频段 内具有很好 的噪声特性 。选 择微带 线结构作 为 匹配
影响信 号接收灵敏 度及 系统 的可靠性。在晶体管放 大电路 中，偏置 电路为 晶体管提供合适的静 态工作点 ，偏 置电路
设计 的重要性不可低估 。主要介绍 了低 噪声放 大器中直流偏置 电路的仿 真设计 。 关键词 ： 低 噪声放 大器 ； 直流偏 置电路 ； 仿真设计
Ｅｘ ｒｍ ｅ ｔｏ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｐｅ ｉ ｎ ｆＳｉ ｌ ｔｏ ｓｇ ｆＤＣ ａ ｉ ｇ Ｃｉｃ ｔ ｎ ｔ ｗ Ｂｉ ｓｎ ｒ ｕｉｓｉ ｈｅ Ｌｏ Ｎｏ ｓ ｉｅ Ａｍ ｐ ｉ ｅ ｌｆ ｒ ｉ