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信息学院
射频电路设计课程设计
课题:低噪声放大器设计与仿真
姓名:
指导老师:粟向军
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学号:
目录
一、低噪声放大器的功能和指标 3
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二、低噪声放大器的设计原则 5
三、晶体管直流工作点的扫描 6
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四、晶体管的S参数扫描 7
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五、SP模型仿真设计 9
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六、综合指标的实现 15
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七、结论 16
低噪声放大器的功能和指标
低噪声放大器的功能
随着通信技术的飞速发展,人们对各种无线通信工具提出了更高的要求,功率辐射小,作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至通信设备制造商的普遍要求,系统接收灵敏度由下式决定:
S=-174+NF+10log(BW)+S/N
式中NF为噪声系数,BW为系统带宽,S/N为输入信号噪声比。因此,在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是降低接收机的噪声系数NF,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。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。
低噪声放大器的技术指标
低噪声放大器的主要指标包括:噪声系数(NF)、功率增益、输入输出驻波比、动态范围等,其中对整个系统影响最大的指标是噪声系数和放大增益。
(1) 噪声系数
噪声系数是指信号通过放大器之后,由于放大器产生噪声使信噪比变坏,而信噪比下降的倍数就是噪声系数。其定义为:
式中,n为放大器输出端确定的信噪比。
噪声系数通常用分贝表示:NF(dB)=10lgNF
对于单级放大器而言,其噪声系数为:
式中,Fmin为晶体管最小噪声系数,由放大器本身决定,rn是晶体管等效噪声电阻,是晶体管输入端的源反射系数,是获得最佳Fmin时的最佳源反射系数。
对于多级放大器来说,其噪声系数由下式决定:
在某些噪声系数要求极高的系统中,由于噪声系数很小,用噪声系数表示不方便,通常采用噪声温度表示,则噪声温度Te与噪声系数NF的换算关系:

式中,T0为环境温度,通常为2900 K,NF为放大器的噪声系数。
(2) 噪声系数与接收机灵敏度的关系
接收机灵敏度是维持接收机正常工作时。输入端所必需的最小信号功率(或电压)。在理想条件下,接收机内部噪声所决定的灵敏度作为衡量接收机质量的标准,则称为最高灵敏度。设天线的输入信号为Es,则
为源内阻的热噪声,即Pni=4kTRs△fn,于是其定义式可表示为:,
可检测的最小信号为:
:
式中,Rs是天线等效电阻,△fn是接收机通频带宽度,k是波尔兹曼常数(×10-23J/K),T为室温17℃(290 K)。
(3) 放大增益
放大增益定义为输入功率与输出功率之比:

从式中可以看出,提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利,但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。所以一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围结合起来考虑。
(4) 输入输出驻波比
低噪声放大器的输入输出驻波比表征其端口回路的匹配情况。一般低噪声放大器的输入匹配电路是按照最小噪声设计的,即接近最佳噪声匹配而不是最佳功率匹配,而输出端匹配网络一般是为获得最大功率和最低驻波比设计的。所以,低噪声放大器的输入端总是存在某种不匹配。为了减小放大器输入端不匹配所引起的端口反射,可插入损耗很小的隔离器方法解决。
(5) 动态范围
动态范围是指低噪声放大器输入信号允许的最小和最大功率的范围。动态范围的上限由最大可接收的信号失真决定,动态范围的下限取决于噪声性能。为了避免大信号输入时产生非线性失真,一般应选择低噪声放大器的输入三阶交调点IIP3较高一点,至少比最大输入信号高30 dB。
低噪声放大器的设计原则
在进行低噪声放大器的实际设计中,要注意以下几点:
放大管的选择
对微波电路中应用低噪声放大管的主要要求是高增益和低噪声以及足够的动态范围,目前双极性低噪声管的工作频率可以达到几个千兆,噪声系数为几个分贝,而砷化镓小信号的场效应管的工作频率更高,并且噪声系数在1dB一下。
在该实验中我们选取晶体管做放大管。
输入输出匹配电路的设计原则
电路中压根注意的一些问题
日前低噪声放大器方面的设计手段
日前同行业低噪声放大器的发展水平
晶体管直流工