低噪声放大器的设计与仿真
低噪声放大器设计流程
低噪声放大器设计流程低噪声放大器可是个很有趣的东西呢，那咱就来说说它的设计流程吧。
一、确定需求。
咱得先搞清楚这个低噪声放大器要用在啥地方呀。
是在无线电通信里呢，还是在其他的一些电子设备里。
不同的用途对它的要求可不一样哦。
比如说，如果是用在收音机这种接收微弱信号的设备里，那对噪声的要求就特别严格，因为一点点噪声可能就会让我们听到的广播全是杂音。
这就像是你在一个很安静的图书馆里，哪怕一点点小动静都会很烦人一样。
所以这时候我们就要明确，这个放大器要把信号放大多少倍，能允许的最大噪声是多少，工作的频率范围是多少之类的基本要求。
二、选择晶体管。
晶体管可是低噪声放大器的核心部件呢。
这就像挑演员一样，要挑个合适的。
我们要找那种本身噪声就比较小的晶体管。
一般来说，场效应晶体管（FET）在这方面就比较有优势。
不过呢，也不是所有的FET都好，我们还得看它的其他参数，像增益呀，输入输出阻抗呀之类的。
就好比你选演员，不能只看颜值，演技也很重要对吧。
在这个过程中，我们可能要在各种晶体管的数据手册里翻来翻去，对比它们的各种参数，就像在购物网站上挑东西一样，得精挑细选。
三、电路拓扑结构。
这一步就像是给我们的放大器设计一个房子的框架。
有好几种常见的拓扑结构可以选择呢，像共源极、共栅极、共漏极这些。
每一种都有它的优缺点。
共源极结构比较简单，而且增益比较高，但是输入输出的隔离度可能不是很好。
共栅极结构呢，在高频的时候表现比较好，输入输出的隔离度也不错，不过增益相对来说会低一点。
这就需要我们根据之前确定的需求来选择最合适的结构。
这就像你盖房子，要根据自己的居住需求和预算来选择是盖个小平房还是小洋楼一样。
四、计算元件参数。
选好了晶体管和拓扑结构，接下来就要计算电路里各个元件的参数啦。
比如说电阻、电容的值。
这可不是随便乱猜的哦。
我们要根据一些电路理论知识，像欧姆定律、基尔霍夫定律之类的来计算。
这个过程可能会有点复杂，就像做一道超级难的数学题一样。
微波低噪声放大器的原理与设计实验报告
微波低噪声放大器的原理与设计实验报告一、实验的那些小前奏。
家人们！今天咱来唠唠这个微波低噪声放大器的原理与设计实验。
一开始听到这个名字的时候，我就感觉它好高大上啊，就像那种在科学云端漫步的东西。
不过呢，当真正开始接触这个实验，就发现它其实也像个调皮的小怪兽，有点难搞，但又特别有趣。
二、啥是微波低噪声放大器呀。
那咱得先搞明白这个微波低噪声放大器是个啥玩意儿。
简单来说呢，它就像是一个超级贴心的小助手，在微波信号处理这个大舞台上发挥着重要的作用。
在我们周围，到处都有微波信号，就像空气中的小精灵一样。
但是呢，这些信号往往会夹杂着噪声，就像小精灵里面混进了一些捣蛋鬼。
这个微波低噪声放大器呢，它的本事就是在放大这些微波信号的同时，尽可能地把那些捣蛋的噪声给压制住，让我们能得到比较纯净又被放大了的信号。
想象一下，如果把微波信号比作是一场音乐会的演奏声，噪声就是那些在台下叽叽喳喳的杂音。
这个放大器就像是一个超棒的音乐厅管理员，它把演奏声放大，让每个角落都能听到美妙的音乐，同时把那些杂音都给屏蔽掉，让大家可以享受纯粹的音乐盛宴。
三、实验原理的探索之旅。
那这个放大器为啥能做到这样神奇的事情呢？这就涉及到它的原理啦。
它的内部就像是一个精心设计的小迷宫，里面有着各种各样的电子元件，像晶体管之类的。
这些元件就像是小迷宫里的小关卡，微波信号和噪声在里面穿梭的时候，就会受到不同的对待。
对于微波信号来说，这个小迷宫就像是为它量身定制的绿色通道。
通过巧妙地设置晶体管的工作状态，还有电路的一些参数，就可以让微波信号顺利地通过这些关卡，并且在通过的过程中被放大。
就好像小信号是一个小探险家，在这个友好的迷宫里越走越强壮，不断地成长变大。
而对于噪声呢，这个迷宫可就没那么友好啦。
因为噪声的一些特性和微波信号是不一样的，所以在经过那些关卡的时候，就会受到各种阻碍和削减。
比如说，通过合理地选择晶体管的类型和电路的结构，可以让噪声在某些地方就被消耗掉，就像小捣蛋鬼在迷宫里不断地碰壁，最后被削弱得没什么力气了。
低噪声放大器的设计与实现
低噪声放大器的设计与实现低噪声放大器是一种特殊的放大器，它主要用于在频率范围内放大微小信号，且尽可能地减小噪声干扰。
在现代电子通信、无线网络、雷达等领域都有广泛的应用。
本文将介绍低噪声放大器的设计与实现，同时探讨一些常见的优化方法。
一、低噪声放大器的设计基本原理低噪声放大器的实现需要满足多个条件，如宽带、低噪声、高增益、稳定性等，这些条件相互制约，需要在设计时进行平衡考虑。
首先，低噪声放大器需要使用低噪声信号源作为输入，这样才能尽可能减少噪声产生的影响。
其次，为了达到高增益的要求，可以使用多级放大器来实现。
不过，每一级放大器都会引入一些噪声，因此需要对每一级放大器进行优化，以达到低噪声的目标。
低噪声放大器的设计还要满足传输线和匹配网络的要求。
传输线的设计需要尽可能减少传输线的损耗和噪声，同时匹配网络的设计则需要将输出端的负载和输入端的驱动电路匹配，以保证信号传输的最大功率。
二、低噪声放大器的实现方法低噪声放大器的实现方法有很多种，这里我们介绍一种常用的方法：差分放大器。
差分放大器是一种基于差分放大器电路结构而形成的放大器，它有两个输入，每个输入通过独立放大的电路，输出相减。
差分放大器可以通过噪声消除的方式减少输入信号中的噪声干扰，同时也可以增加信号的线性范围和热稳定性。
差分放大器的实现需要使用两个宽带放大器，一个用于正向增益，一个用于反转增益。
为了保证放大器的相位稳定性和增益平衡，需要使用一些调节网络和补偿电路。
其中，调节网络可以在信号到达输入端时调整放大器的增益，从而保证放大器的线性度。
而补偿电路则可以减少放大器中信号反馈的影响，提高放大器的稳定性。
三、低噪声放大器的优化方法在低噪声放大器的设计中，需要综合考虑多种因素，如噪声、增益、速度、频率响应等。
针对这些因素，有几种常用的优化方法可以帮助提高低噪声放大器的性能。
1. 选择适当的放大器器件放大器的选型是影响低噪声放大器性能的重要因素。
选择合适的放大器器件可以大大提高低噪声放大器的增益和灵敏度。
低噪声放大器的设计与仿真
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｕｌ ｔｏ ｆｌ ｗ ｉｅ ８ ２ｐ ｉ ｅ ｓｇ ｎ ｓｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｎｏ ｓ １ ｌｆ ｒ １ ｉ
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第 １ ８卷 第 ７期
Ｖ １１ ｏ ．８
Ｎｏ７ ．
电 子 设 计 工 程
Ｅｌ ｃｒ ｎｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅｉ ｇ ｅ ｔｏ ｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
２１ ０ ０年 ７月
Ｊ１２ １ ｕ． ０ ０
低噪声放大器的设计 与仿真
杨 永 辉 （ 西安 来自子 科技 大 学 陕西 西 安 ７ ０ ７ ） １ ０ １
应用． 同时 指 出 结构 尺 寸 设 计 的 理论 依 据 。最 终 以 图形 方式 给 出满足 指标 要 求 的 设 计 结 果 。 关键 词 ： 噪 声 放 大器 ； 收 机 ； 声 系数 ；匹配 网络 低 接 噪 中 图分 类 号 ： Ｎ ５ ． Ｔ ８ ０８ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ４ ６ ３ （ ０ ０ ０ — ２ ０ ０ １７ — ２ ６２ １ ）７ ０ ０ —４
一款32~38 GHz毫米波宽带低噪声放大器的仿真设计
0引言(Low Noise Amplifier,LNA)、、[1-3]。
,LNA、[4]。
1。
,。
(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,PHEMT),:、、、、、[5,6]。
图1射频接收机前端链路框图一款32～38GHz毫米波宽带低噪声放大器的仿真设计单伟袁航钟思洁郑晓赵梦薇(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都610213)【摘要】毫米波电子系统在雷达与卫星通信、电子对抗、遥测遥感、航天测控等通信接收系统领域有着广泛的应用。
其中,低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)作为毫米波通信系统前端接收机的第一级关键电路,在工作带宽内将前端接收到的微弱信号进行放大,并在抑制信号噪声干扰、降低噪声系数,提高接收灵敏度起着至关重要的作用。
文章研究设计了一款工作频率范围为32~38GHz的低噪声放大器,该放大器采用赝同晶型高电子迁移率晶体管(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor,PHEMT)三级级联的电路结构,并采用自偏压供电。
在级联的输入端通过匹配网络实现最佳噪声反射系数,在级联的输出端通过匹配电路保证高增益和最大功率传输。
末级利用高通滤波器实现增益平坦性,利用电阻网络调节输出驻波比。
通过仿真分析表明,该低噪声放大器在32~38GHz工作频率范围内的噪声系数NF≤2dB,带内增益G≥20.5dB,输入与输出回波损耗RL≤9.5dB。
【关键词】毫米波;低噪声放大器;带宽;收发机中图分类号:TN80文献标识码:A DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2021.12.35【Abstract】The millimeter wave electronic system has a wide range of applications in the field of communication receiving systems such as radar and satellite communications,electronic countermeasures,telemetry and remote sensing,and aerospace measurement and control.Among them,the Low Noise Amplifier(LNA),as the first-stage key circuit of the front-end receiver of the millimeter wave communication system,amplifies the weak signal received by the front-end within the working bandwidth.And it plays a vital role in suppressing signal noise interference, reducing noise figure,and improving receiving sensitivity.This paper studies and designs a low-noise amplifier with a working frequency band of32~38GHz.The amplifier adopts a three-stage cascade circuit structure of Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor(PHEMT)tubes and uses self-bias to supply power.The best noise reflection coefficient is achieved through a matching network at the input end of the cascade,additionally,high gain and maximum power transmission are ensured through a matching circuit at the output end of the cascade.The final stage uses a high-pass filter to achieve gain flatness,and a resistor network is used to adjust the output standing wave ratio.Simulation analysis shows that the low-noise amplifier has a noise figure NF≤4.5dB,in-band gain G≥20dB, and input and output return loss RL≤-10dB in the32~38GHz working frequency range.【Key words】Millimeter wave;Bandwidth;Low noise amplifier;Transceiver作者简介:单伟(1993—),男,汉族,硕士研究生,助理工程师,从事核仪表系统技术、微波毫米波电路系统的研究。
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。
无线接收机中低噪声放大器的设计与仿真
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无 线 接 收 机 中低 噪 声 放 大 器 的 设 计 与 仿 真
张福 洪 ， 晚会 罗
（ 杭州电子科 技大学通信工程学 院， 杭州 ３ ０ １ ） １０ ８
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S波段低噪声放大器的ADS仿真与设计
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低 噪 声 放 大 器 的 仿 真 设 计 过 程
系统 主要 的组成模 块如 图１ 所
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凌 威 第 测 试 测 量
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在 此 有 两 点 需 要 注 意 ： 一 是 网 第 一 组 数 据 的 低 ４ 位 代 表 温 度 小 数 部 温 ，直 观 、实 用 ，效 果 令 人 满 意 。 络 上从机发 回的位数据呈 “ 线 与 ” 关 分 ，换 言 之 ，即 是 把 ｌ 度分解为 １ ６ 个４ 系 ：二 是 ＤＳ １ ８ Ｂ ２ ０ 中６ ４ 位Ｉ Ｄ码 分 别 标 位 二 进 制 数 来 表 示 ， 则温 度 小 数 部 分 结 论
滤 波 ，第 一 级 放 大 器 选 用 Ａ ＴＦ ３ ８ １ ４ ３ 晶 体 管 ，并 通 过 Ａ ＤＳ 软 件 仿 真 设 计 匹
噪 声 分 析 和 匹 配 电路 设 计 。 考 虑 到 系 统 需 要 最 佳 噪 声 ， 因此 在第 一 级
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，简称LNA）是一种用于放大微弱信号的模拟电路。
在通信系统、雷达系统和无线传感器网络等应用中，LNA被广泛使用。
设计和仿真低噪声放大器可以通过多种方式实现，而其中一种常见的方法是基于开环电压增益的放大器设计技术。
下面将介绍如何基于ADS （Advanced Design System）软件进行LNA的设计与仿真，以实现低噪声和高增益。
首先，选择适当的晶体管器件。
根据所需的频率范围和特性要求，选择合适的晶体管型号。
ADS软件提供了多种晶体管模型，可以根据需要进行选择。
其次，进行电路拓扑设计。
根据晶体管的输入和输出阻抗要求，选择合适的匹配网络。
同时，还需要设计适当的偏置电路，以确保晶体管工作在最佳工作点。
然后，进行S参数仿真。
使用ADS软件的S参数仿真工具，对电路进行S参数仿真。
通过调整匹配网络和偏置电路，优化电路的S参数，以获得最佳的增益和带宽。
接下来，进行噪声参数仿真。
使用ADS软件的噪声参数仿真工具，对电路进行噪声参数仿真。
根据要求，选择适当的噪声参数模型，以评估电路的噪声性能。
然后，进行稳定性分析。
使用ADS软件的稳定性分析工具，对电路进行稳定性分析。
通过调整反馈网络和补偿网络，确保电路的稳定性。
最后，进行时域和频域仿真。
使用ADS软件的时域仿真和频域仿真工具，对电路进行时域和频域分析。
通过调整电路参数，优化电路的动态性能和频率响应。
需要注意的是，在整个设计过程中，应根据需要进行多次优化。
可以通过改变电路拓扑、调整匹配网络和偏置电路等方式进行优化。
总结起来，基于ADS的低噪声放大器设计与仿真主要包括晶体管选择、电路拓扑设计、S参数仿真、噪声参数仿真、稳定性分析、时域和频域仿真等步骤。
通过多次优化，可以实现低噪声和高增益的设计要求。
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。
基于ADS仿真的低噪声放大器设计
基于ADS仿真的低噪声放大器设计类别：模拟技术1 引言低噪声放大器(LNA)位于射频接收机的前端，其主要功能是对微弱信号进行低噪声放大。
在低噪声放大器的设计过程中，要综合考虑其放大能力、噪声系数和匹配等因素，这需要大量的理论计算和smith圆图分析，给设计工作带来困难。
Advanced Design System(ADS)软件是Agilent公司在HPEESOF系列EDA软件基础上发展完善的综合设计软件，内含很多进行小信号放大器设计的控件，能实现大量的计算和smith圆图分析。
以下将介绍如何利用ADS设计和仿真低噪声放大器。
2 低噪声放大器的设计理论图1是放大器电路原理框图，其中r 表示源反射系数，r 表示负载反射系数。
不同的r 和r。
．将影响放大器的稳定性、噪声系数、增益、驻波等参数。
设计放大器的过程就是根据放大器的s参数，以及噪声系数、增益、驻波等的要求来确定TS和TL，然后根据TS和TL 确定输入、输出匹配网络。
图1 晶体管放大器电路原理框图低噪声放大器主要指标是噪声系数Ts ，其与源反射系数的关系如下：其中电阻，Topt是最佳源反射系数。
当Ts=Topt时，可以获得最低噪声系数 NFmin。
一般的低噪声放大器的输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的，为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比，输出端采用输出共扼匹配。
3 低噪声放大器设计仿真和优化3．1 设计目标低噪声放大器设计的关键是电路的第一级。
对于低噪声放大器的第二级及后续电路，可以使用MMIC微波单片放大器来完成，其设计相对来说比较简单。
利用ATF一33143完成电路第一级的设计目标是：频率：1260MHz一1280MHz；增益：≥10dB；噪声系数：≤0．5dB；输入驻波比：≤1．5；输出驻波比：≤1．5。
3．2 仿真设计(1)建立模型上网下载ATF一33143的器件手册，其器件手册中提供了标准模型 J。
(2)确定工作点及偏置电路根据芯片在各直流工作点条件下的性能选择直流工作点。
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 、 ．
—
，
二ｌ ２Ｉ ２ ｌ ０１Ｉ Ｉ ｏ
其巾 ：Ｖ Ｓ，． Ｓ， ＝，２ ， Ｓ： Ｓ －
． ．
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
基于ADS的低噪声放大器设计与仿真(000002)
基于ADS的低噪声放大器设计与仿真(000002)齐齐哈尔大学综合实践（论文）题目基于ADS的低噪声放大器设计与仿真学院通信与电子工程学院专业班级 xxxxxxxx学生姓名 xxxxxxx学生学号 xxxxxxxxxxx指导教师 xxxxx摘要：低噪声放大器，实质上就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。
噪声放大器主要面向移动通信基础设施基站应用，例如收发器无线通信卡、塔顶放大器、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计。
本次课程设计的主要目的是熟练运用先进设计系统（ADS）仿真软件设计一个基于BJT的低噪声放大器，其仿真结果能够实现放大微弱信号，从而降低噪声干扰。
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。
关键词：低噪声放大器先进设计系统双极结型晶体管噪声系数接收机目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 低噪声放大器的应用 (1)1.3 本文课程设计实验目的及意义 (1)1.3.1 实验设计目的 (1)1.3.2 实验设计意义 (1)第二章低噪声放大器基础 (2)2.1 低噪声放大器的功能和指标 (2)2.2 软件设计仿真时注意事项 (2)第三章低噪声放大器的设计与仿真 (3)3.1 晶体管直流工作点的扫描 (3)3.1.1 建立工程 (3)3.1.2 晶体管工作点扫描 (3)3.2 晶体管的S参数扫描 (5)3.3 SP模型的仿真设计 (8)3.3.1 构建原理图 (8)3.3.2 SP模型仿真 (9)3.3.3 输入匹配设计 (10)3.4 综合指标的实现 (15)3.4.1 放大器稳定性分析 (15)3.4.2 噪声系数分析 (16)3.4.3 输入驻波比与输出驻波比 (16)第四章封装模型仿真设计 (18)4.1 直流偏置网络设计 (18)4.1.1 偏置网络计算 (18)4.1.2 偏置网络仿真 (19)4.2 封装模型的仿真 (20)4.2.1 重新建立原理图 (20)4.2.2 参数仿真 (20)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)第一章绪论1.1 概述低噪声放大器，噪声系数很低的放大器。
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。
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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)1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。
为使增益尽可能地大，故确定晶体管的偏置V DS=4V，I d=80mA；2、从Avago的官网下载ATF-331M4的模型，并在ADS2015.01下如图2进行直流分析，以确定偏置V GS的电压。
由于ATF-331M4有两个源端，为使每个源端电流为80mA，故应选择I d约为160mA的栅极电压。
由直流仿真结果可得V GS 约为-0.35V；3、确定静态工作点后则可设计偏置电路。
本来ADS中有一个“DA_FETBias”的控件工具可以方便地设计偏置电路，但由于需要将晶体管的栅极电压偏置于负电压，这个工具便难以胜任，故只能手动设计偏置电路。
使用+5V和-5V的双电源和标称电阻值，可计算出分压器的两个电阻分别为130Ohm和150Ohm时栅极电压约为-0.35V。
由于漏极电流约为160mA，要使漏极电压为4V时可计算出漏极电阻约为6.2Ohm。
最后得到电路图及直流仿真结果如图3示。
2图1 A TF-331M4说明文档(a)电路图(b)仿真结果图2 直流分析图3 偏置电路及仿真结果3二、稳定性分析1、向电路图中加入3.9nH的扼流电感L1、L2，3.9pF的旁路电容C1、C2和22nH 的隔直电容C3、C4后，再在输入和输出端加入50Ohm的Term控件，以及StabFact 和MaxGain控件，进行S系数仿真。
如图4可见此时稳定系数K在2.4GHz下为0.848，电路不稳定，同时电路在2.5GHz时MaxGain为17dB；图4 稳定系数及最大增益仿真结果2、为使系统稳定，故如图5a在源端处添加微带线作电感引入负反馈。
同时使用变量控件调节微带线的长度反复仿真。
最后得到长度在1.2mm时稳定系数K在2.4GHz下为1.002，系统稳定，但MaxGain降低至13.8dB。
(a)在源端加入微带线负反馈提高稳定系数4(b)微调后的稳定系数(c)微调后的最大增益图5 提高系统稳定系数三、噪声系数圆和输入匹配1、进行噪声仿真并画出NFmin参数，如图6可见在2.4GHz时NFmin为0.435dB。
接下来就是要设计一个适当的输出匹配网络来实现最小噪声系数；图6 最小噪声系数图7 噪声圆和增益圆2、画出噪声圆和增益圆如图7所示。
其中M4为增益最大的输入阻抗，增益为14.406；M5为噪声最小的输入阻抗，最小噪声系数为0.435dB。
但两者并不重合，需要在这两者之间权衡考虑。
对于低噪声放大器，尤其是第一级放大器，首要考虑的是最小噪声。
所以选用M5点的阻抗即32.781-j9.934作为输入端的阻抗进行匹配。
此时增益约为13.206dB，仍然符合设计要求；3、如图8使用Smith圆匹配工具DA_SmithChartMatch进行输入阻抗匹配，生成使用微带线的匹配网络。
再次进行仿真，可见此时噪声圆的M5点正好匹配至50Ohm，且噪声系数nf(2)在2.4GHz下与NFmin相等，即噪声系数已经达到最优化；4、如图9将生成的匹配网络放进电路图中并移至隔直电容后，再使用LineCalc 程序将微带线转换至实际长度后进行仿真。
可见此时噪声优化点已偏离50Ohm，同时噪声系数nf(2)偏离最小噪声系数NFmin。
故使用微调工具对输入匹配网络的微带线长度进行微调，使噪声系数达到最优。
5(a)Smith圆匹配工具(b)噪声系数在2.4GHz达到最优(c)M5刚好匹配至50Ohm图8 输入匹配(a)噪声系数偏离最优值(b)微调后噪声系数接近最优值6(c)微调工具(d)LineCalc工具(e)加入输入匹配网络后的电路图图9 调整输入匹配网络四、最大增益的输出匹配1、使用Zin控件测得输出阻抗如图10a为23.587+j3.46Ohm，即需要将输出阻抗匹配与50Ohm匹配；2、如图10c使用Smith圆匹配工具DA_SmithChartMatch进行输出阻抗匹配，生成使用微带线的匹配网络。
再次进行仿真，图10b可见此时输出阻抗已非常接近50Ohm；7(a)加入输出匹配网络前的输出阻抗(b)加入输出匹配网络后的输出阻抗(c)Smith圆匹配工具图10 输出匹配3、如图11将生成的匹配网络放进电路图中并移至隔直电容前，再使用LineCalc 将微带线转换至实际长度后进行仿真。
此进输出阻抗已偏离50Ohm。
故使用微调工具对输出匹配网络的微带线长度进行微调，使用输出阻抗接近50Ohm。
8(a)输出阻抗偏离50Ohm (b)微调后输出阻抗接近50Ohm(c)加入输出匹配网络后的电路图图11 调整输出匹配网络五、电路整体微调1、分别在正负电源处从电源开始加入1uF、0.01uF和10pF三个去耦电容后对电路进行仿真。
图12可见输入驻波比VSWR(input)为1.832，大于1.5的设计要求，同时表示实际增益的S21为12.833dB，小于要求的13dB；(a)微调前输入驻波比(b)微调前输出驻波比(c)微调前增益图12 微调前系统的性能92、对电路微调的方法如下：（1）增益和绝对稳定系数K值调节：主要调节源极负反馈微带线TL1和TL2。
增益和绝对稳定系数是一对矛盾，调节负反馈时增益上升必然导致绝对稳定系数K值下降。
所以增益和绝对稳定系数K做一个折中选择。
但必须保证电路系统的稳定，即K>1。
调节输入输出驻波比VSWR也会对增益有一些影响；（2）输入驻波比VSWR(input)的调节：主要调节输入端匹配电路微带线TL3和TL4。
为了降低VSWR(input)，调节TL3和TL4时，让输入端的阻抗往50 Ohm 方向调节，使输入端反射系数最小，从而降低输入驻波比VSWR(input)。
但对输入网络的调节会影响到噪声系数和增益；（3）输出驻波比VSWR(output)的调节：主要调节输出端匹配电路微带线TL6和TL7。
为了降低VSWR(output)，应让输出端的阻抗往50 Ohm 方向调节，使输出端反射系数最小，从而降低输出驻波比VSWR(output)；（4）输入驻波比VSRW(input)和输出驻波比VSWR(output)的调节会相互产生影响；图13 使用微调工具调整各微带线长度3、如图13对各微带线长度进行微调后最终得到的仿真结果如下。
图14可见VSWR(input)为1.445，VSWR(output)为1.239，均小于1.5，代表实际增益的S21为13.099，噪声系数nf(2)为0.44，2.4GHz时的稳定系数为1.0，系统稳定，各参数都达到设计要求。
10(a)微调后的输入驻波比(b)微调后的输出驻波比(c)微调后的增益(d)微调后的噪声系数(e)微调后的稳定系数11(f)最终的电路图图14 电路整体微调后的结果六、版图设计1、由于ATF-331M4模型中不带版图，故需自行绘制。
根据说明书中的尺寸数据，绘制晶体管的版图如图15所示；(a)手册上的封装示意图(b)绘制晶体管版图图15 ATF-331M4版图2、将所有元件导入到版图中后手工布局和布线。
分立元件之间的距离越小越好。
最后得到版图如图16所示。
12图16 整体版图心得与体会从这次课程设计我有机会体验射频电路的设计流程，所学的理论知识也得到实践，加深了对射频电路的理解。
遗憾的是时间有限，在最后没能成功完成版图设计进行联合仿真。
此后我一定会去把它做完。
ADS是一款功能强大的设计软件。
在它的帮助下射频电路的设计的效率得到大大的提高。
由于繁琐的定量计算将由软件完成，我们甚至只需在定性分析设计后就能将电路实现。
希望我以后能多进行实践，在射频电路设计上走得更远。
参考文献[1]Reinhold Ludwig(著) 张肇仪等译. 射频电路设计—理论与应用. 北京: 电子工业出版社，2010[2]徐兴福. ADS2008射频电路设计与仿真实例. 北京: 电子工业出版社，200913。