修改lna介紹與設(shè)計(jì)

低噪聲放大器

介紹與設(shè)計(jì)

12021063楊韌12021059陸嘉欣12021022李媛媛12021248王務(wù)侖

LNA簡介與應(yīng)用01技術(shù)指標(biāo)介紹02仿真設(shè)計(jì)03總結(jié)04內(nèi)容大綱1LNA簡介

低噪聲放大器是噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。低噪放分類現(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應(yīng)晶體管。微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器；砷化鎵場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用也已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2分貝。LNA參數(shù)舉例低噪放特點(diǎn)1、位于接收機(jī)的最前端2、接收信號(hào)很微弱且變化3、通過傳輸線直接和天線或是天線濾波器相連具有選頻功能，抑制帶外和鏡像頻率干擾4、噪聲系數(shù)低足夠的功率增益

5、足夠的帶寬和大的動(dòng)態(tài)范圍LNA應(yīng)用一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。由于來自天線的信號(hào)一般都非常微弱，低噪聲放大器一般情況下均位于非?？拷炀€的部位，以減小信號(hào)通過傳輸線的損耗。LNA應(yīng)用低噪聲放大器是現(xiàn)代無線通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗系統(tǒng)等應(yīng)用中一個(gè)非常重要的部分，常用于接收系統(tǒng)的前端，在放大信號(hào)的同時(shí)抑制噪聲干擾，提高系統(tǒng)靈敏度。01工作頻率與帶寬02噪聲系數(shù)03功率增益04端口駐波比與反射損耗05輸入輸出阻抗匹配

LNA技術(shù)指標(biāo)

2工作頻率取決與晶體管的特征頻率：與工作點(diǎn)有關(guān)，Cπ,Cμ取決于半導(dǎo)體工藝

工作頻率晶體管的fT一般要比工作頻率高4倍以上帶寬

考慮到噪聲系數(shù)是主要指標(biāo)，但是在寬頻帶情況下難于獲得極低噪音，所以低噪音放大器的工作頻帶一般不大寬，較多為20％上下。工作頻帶不僅是指功率增益滿足平坦度要求的頻帶范圍，而且還要求全頻帶內(nèi)噪聲要滿足要求。噪聲系數(shù)公式分子為輸入端的信噪比，分母為輸出端的信噪比噪聲系數(shù)的物理意義：由于放大器產(chǎn)生噪聲，使信噪比變壞，信噪比下降的倍數(shù)就是噪聲系數(shù)。通常，噪聲系數(shù)用分貝表示：多個(gè)級(jí)連網(wǎng)絡(luò)的總噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)線性網(wǎng)絡(luò)雙極性晶體管場效應(yīng)管噪聲系數(shù)

放大器的噪聲系數(shù)跟gm有關(guān)，則跟實(shí)際的工作點(diǎn)有關(guān)；雙極晶體管放大器的噪聲與基區(qū)體電阻有關(guān)放大器噪聲系數(shù)與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)，而與負(fù)載阻抗無關(guān)當(dāng)一個(gè)晶體管的源端所接的信號(hào)源的阻抗等于它所要求的最佳信號(hào)源阻抗時(shí)，由該晶體管構(gòu)成的放大器的噪聲系數(shù)最小。實(shí)際應(yīng)用中放大器的噪聲系數(shù)可以表示為：提高低噪聲放大器的增益對(duì)降低整機(jī)的噪聲系數(shù)非常有利，但低噪聲放大器的增益過高會(huì)影響整個(gè)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。所以，一般來說低噪聲放大器的增益確定應(yīng)與系統(tǒng)的整機(jī)噪聲系數(shù)、接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍等結(jié)合起來考慮。功率增益放大器的增益定義為放大器輸出功率與輸入功率的比值：

G=Pout/Pin

端口駐波比

低噪聲放大器主要指標(biāo)是噪聲系數(shù)，所以輸入匹配電路是按照噪聲最佳來設(shè)計(jì)的，其結(jié)果會(huì)偏離駐波比最佳的共扼匹配狀態(tài)，因此駐波比不會(huì)很好。為了獲得工作頻帶內(nèi)平坦增益特性，在輸入匹配電路和輸出匹配電路都是無耗電抗性電路情況下，只能采用低頻段失配的方法來壓低增益，以保持帶內(nèi)增益平坦，因此端口駐波比必然是隨著頻率降低而升高。

如果只關(guān)心放大器的外部特性，放大器可當(dāng)作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其輸入、輸出之間的關(guān)系可表示為:輸入輸出匹配1、增益與負(fù)載有關(guān)，輸入輸出匹配時(shí)輸出最大如果輸入匹配電路和輸出匹配電路使微波器件的輸入阻抗Zin和輸出阻抗Zout都轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)阻抗Z0，即Zin=Z0，Zout=Z0（或S=1*，L=2*）就可使器件的傳輸增益最高。輸入輸出匹配2、輸入、輸出匹配時(shí)，噪聲并非最佳。相反有一定失配，才能實(shí)現(xiàn)噪聲最佳。3、輸入、輸出不匹配時(shí)，增益將下降。因?yàn)樨?fù)載是復(fù)數(shù)，有可能在不同的負(fù)載下得到相同的輸出，經(jīng)分析在圓圖上，等增益線為一圓，這個(gè)圓叫等增益圓。4、當(dāng)輸入匹配電路不能使信源反射系數(shù)和最佳反射系數(shù)（噪聲系數(shù)最小時(shí)的反射系數(shù)）相等時(shí)，放大器噪聲將增大。由于反射系數(shù)是復(fù)數(shù)，不同的值有可能得到相同的噪聲系數(shù)，在圓圖上噪聲系數(shù)等值線為一圓，叫等噪聲圓。輸入輸出匹配輸入輸出匹配總結(jié)噪聲系數(shù)：增益：輸入端匹配，輸出端共軛匹配時(shí)功率增益最大。同時(shí)功率增益越大，整機(jī)的噪聲系數(shù)會(huì)越小。但會(huì)對(duì)后級(jí)有影響，因此，增益應(yīng)該適中。相關(guān)增益：噪聲系數(shù)最小時(shí)的增益，比最大增益小2-4db。為了NF最小，輸入端失配,駐波比偏大。

LNA仿真設(shè)計(jì)

3MOS管伏安特性掃描MOS管伏安特性掃描取工作點(diǎn)：VDS=4V，Is=40mA搭接放大電路匹配前的等噪聲圓和等增益圓Smith圓圖噪聲匹配噪聲匹配后的電路噪聲匹配結(jié)果后端匹配后端匹配前的S22參量和端口輸入阻抗后端匹配結(jié)果S22接近于0后端匹配結(jié)果噪聲系數(shù)0.691dB，等于最小噪聲系數(shù)（藍(lán)線），增益15.735dB后端匹配微調(diào)后結(jié)果2端口稍微失配，使得S11和S22均小于10dB有利于提高一些增益?zhèn)鬏斁€換為微帶線最終結(jié)果噪聲系數(shù)0.78dB，增益15.4dB，性能變壞，不應(yīng)該折中匹配前的