基于awr的濾波低噪聲放大器一體化設(shè)計

濾波器和低噪聲放大器的,在寬帶低噪聲放大的同時具有較好的帶外抑 InthegeneraldesignofimpedancematchingnetworkofLowNoiseAmplifier,whatpeoplecaredforistominimizethenoisefigureandizethepowertransfer,sotheLNAcansuppresssidebandefficiently.Inthispaper,aFilter-LNAisdesigned.TheFilter-LNAwitchintegratedthefilterandLNAhaseffectsofLNAandsidebandsuppressionbyimprovingthematchingnetwork.ThecenterfrequencyoftheFilter-LNA,cascadedwithtwostages,isset2.5GHz.Itshowshighgain(35.5dBascircuitsimulationresult,and33dBasEMsimulationresult)andlownoisefactor(1dBascircuitsimulationresult,and1.4dBasEMsimulationresult)in400MHzbandwidth.Moreover,itachievesgoodsidebandsuppressionproperty.Thedesignistotally plishedbyAWR.Itexhibitsquiteafewexcellentqualitiesandfriendlyoperationpanels,whichwillbeshownandintroducedthroughtheprocessofdesignandsimulation.:LNA;filter;integrateddesign;I111.1低噪聲放大器11.2噪聲理112 微波低噪聲放大器的主要設(shè)計指444671.3.581.3.6功81.3.7穩(wěn)定8第2章濾波低噪聲放大器設(shè)計——單級設(shè)92.1設(shè)計方.22.1.32．2AWR的單LNA設(shè)計2.2.1直流工作點設(shè)置及偏置電路設(shè).32.3LNAAWR仿真結(jié)2.3.23章級聯(lián)低噪聲放大AWR仿真測3.1LNA仿真結(jié)果_S3.2LNA仿真結(jié)果_噪聲系第4章PCB版圖及LNA實物 PCB版 實物 第5章AWR軟件特色及使用心 MCROSSX$的應(yīng) MTRACE2的應(yīng) INET的使 EM仿真（AXIEM仿真 效果 設(shè)計參數(shù)監(jiān)視 第6章項目總 1低噪聲放大器（LNA,low-noiseamplifier）是噪聲系數(shù)很低的放大器。一般因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比程F來表示。理想放大器的噪聲系數(shù)F=1（0分貝），其物理意義Te可低于幾十度(絕對溫度)，致冷參量放大器可達20K以下，砷化鎵場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2分貝。放大器的噪聲系數(shù)NF i SNRSNRiSNRoNFdB10log SNRiSi/ SNRoGPSi/GPkT0Te NF

1

TeNF 由上式可知，等效輸入噪聲溫度TeF成線性關(guān)系。在應(yīng)用圖1-1 Te2NoNo1No2G1kT0BG1kTe1BG1G2kBT0Te1

G

1T 1F

F2

GGTe

GG FFF21F31 G

ffH BfH

PIN晶體管或匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入功率。PLPAVS信源資用功率。PAVN網(wǎng)絡(luò)資用功率。T T

PPA A

利用信號流圖（圖1-3）來推導(dǎo)各功率表達式，再代入式1 1

22 1 1 1 221 1S 1

11

，

S12S21S 1 1S22 11輸入、輸出電壓駐波

由上述分析可知，低噪聲放大器的輸入端總是存在著某種失配，如圖1-

2 Za ZaZo令

2

1

IN

11

1 1

同樣可得輸出端的輸出電壓駐波L卜,(VSWR)OUT

11

11

動態(tài)范圍與線性

NFkT0f 圖1-5IP3與P1dB輸入輸出功穩(wěn)定in1,out 第2章濾波低噪聲放大器設(shè)計——單級設(shè)從本章起將詳細介紹應(yīng)用AWR軟件進行濾波低噪聲放大器設(shè)計的方LNALNA設(shè)計思慮帶外抑制的要求,主要考慮的是實現(xiàn)最佳噪聲和輸出功率匹配,因而帶外抑制圖2-1有帶通濾波特性的匹配網(wǎng)絡(luò),如圖2-2所示。 設(shè)計指

圖2-2功率增益：>放大管選AWR的單LNA根據(jù)MGA-635P8的datasheet，我們設(shè)置晶體管的漏極電流為55mA，偏置壓VDD為5V由此，我們設(shè)計出了該LNA的偏置電路如下圖穩(wěn)定性分

圖2-3LNA直流偏置電路匹配電路

圖2-4MGA-635P8穩(wěn)定性判定因圖2-5輸入匹配網(wǎng) 圖2-6輸出匹配網(wǎng)Sopt0.2j 再由outS22S12S21S/1S11S out0.27j 性能良好，不僅帶內(nèi)插損小，而且實現(xiàn)了預(yù)期的濾波效果：在低阻帶1.8GHz和高阻帶3.5GHz實現(xiàn)了帶外衰減30dB。根據(jù)以上設(shè)計過程，得到最終的單級LNA原理圖，如圖2-8圖2-8LNALNAAWRS參數(shù)仿圖2-9S參數(shù)_噪聲系數(shù)

圖2-10S參數(shù)_EM圖2-12_EM從圖2-11和圖2-12可以看出，該電路的噪聲系數(shù)較為理想，電路仿真的3章級聯(lián)低噪聲放大器AWR仿真測較為理想。為了實現(xiàn)更高的增益，兩級LNA進行級聯(lián)，如圖3-1。功率增益：>LNA仿真結(jié)果_S參3-2可以看出，級聯(lián)LNA的增益(S(2,1))可以達35.9dB，輸入端回波損耗(S(1,1))小于-10dB，中心頻率處達到-20dB，駐波性能良好。3-3顯示帶內(nèi)增益性，實現(xiàn)了濾波放大的設(shè)計預(yù)期。EM3-43-2相比，EM仿真結(jié)3-2LNAS參數(shù)_3-3LNA3-4LNAS參數(shù)_EM級聯(lián)LNA仿真結(jié)果_3-51dB3-6中，噪聲系數(shù)稍大，但依然控制在通過以上仿真結(jié)果可以證明，該級聯(lián)A的整體性能較好，在增益、駐波比、噪聲、增益平坦度以及濾波性能上都得到了較為理想的結(jié)果，符合設(shè)計要求。4PCB版圖LNA實物AWR的仿真工作之后，我們對單級LNA進行了PCB版圖設(shè)計以及PCB版本項目的介質(zhì)基板選用了Rogers的RO4003，介電常數(shù)3.55，基板厚度0.508mm4-14-2LNALNA的最終印制電路版圖。其中單級尺寸74.3mm×33.3mm，級聯(lián)尺寸圖4-1單級低噪聲放大器PCB圖4-2級聯(lián)低噪聲放大器PCB實物4-1的PCB步驗證了AWR軟件仿真的真實性和可靠性。5AWR軟件特色及使用心用到的AWR軟件的相關(guān)特色功能。MCROSSX$的應(yīng)MCROSS的四個端口的寬度。簡化了設(shè)計流程。同時，尾部MTRACE2的應(yīng) 5-3iNETEM仿真（AXIEM仿真AWR的電磁仿真功能非常強大，而且運算速度很快，相比較于其他軟件，EM的仿真速度快，操作簡單，且與電路仿真差別不大。5-4是在EM仿真過效果AWR的另一個特色就是效果圖，它使用戶在仿真過程中能夠很直觀的看到實物的效果，如圖5-6和圖5-7所示。5-65-73D5-8AWR軟件相對于其他同類射頻電路仿真軟件具有很多獨特的優(yōu)勢，以上僅6本項目通過濾波低噪聲放大器設(shè)計，實現(xiàn)了