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。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。

1.2 低噪声放大器的应用

噪声放大器(LNA)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(TMA)、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，并为低噪声指数(NF, Noise Figure)立下了新标杆。

1.3 本文课程设计实验目的及意义

1.3.1 实验设计目的：

1.了解微波低噪声放大器的概念及原理；

2.了解微波低噪声放大器的技术指标和设计方法；

3.掌握使用ADS软件进行微波有源电路的设计、仿真与优化。

1.3.2 实验设计意义：

低噪声放大器能放大微弱信号，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。

第二章低噪声放大器基础

2.1 低噪声放大器的功能和指标

一、功能：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，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。

二、指标：主要指标包括：噪声系数，放大增益，输入输出驻波比，反射系数和动态范围等。

2.2 软件设计仿真时注意事项

在进行低噪声放大器的实际设计中，一定要注意一下几点：

（1）放大器中放大管的选择。

（2）仿真时模型的选择：

（一）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。

（二）集总参数元件：电容、电阻、电感

在进行电路优化时，可直接选用参数连续变化的模型。

（3）输入输出匹配电路的设计原则。

（4）电路中需要注意的问题：

一般对于低噪声放大器采用高Q值的电感完成偏置和匹配功能，由于电阻会产生附加的热噪声，放大器的输入端尽量避免直接连接到偏置电阻上。

（5）目前低噪声放大器方面的设计手段：LNA基本上采用ADS。

（6）在系统设计最后，需要把这些优化过的元件替换为器件库中系列中的元件才是可以制作电路、生成版图的。替换时选择与优化结果相近的数值，替换后要重新仿真一次，检验电路性能是否因此出现恶化。

下面开始在仿真软件中设计一个基于BJT的低噪声放大器。

第三章低噪声放大器的设计与仿真

3.1 晶体管直流工作点的扫描

3.1.1 建立工程

（1）运行ADS2009，选择File New Project命令，弹出“New Project”（新建工程）对话框，可以看见对话框中已经存在了默认的工作路径（可以改变）。并且在Project Technology Files栏中选择“ADS Standard：Length unil—millimeter”。

（2）单击OK，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。

注：原理图设计窗口打开之前，会弹出如图3-1窗口。单击Cancel即可。

图3-1