ADS2GHz射频低噪声放大器的设计

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毕业论文

1绪论.1

1.1低噪声放大器的应用和分类..1

1.2研究意义及发展现状2

1.3论文工作安排..4

2低噪声放大电路理论基础...4

2.1二端口网络理论4

2.1.1S参量的定义4

2.1.2S参量的物理意义6

2.2放大器稳定性的判定7

2.3放大器的增益..8

2.4微波放大电路中的噪声..9

2.4.1几种主要的噪声源..9

2.4.2噪声的来源...10

2.4.3等效噪声温度和噪声系数...11

2.5端口驻波比VSWR..12

2.6工作频率及带宽...13

2.7增益平坦度...13

2.8匹配理论.14

2.8.1集总参数匹配电路.14

2.8.2混合式匹配电路...16

2.8.3分布参数匹配电路.17

2.9小结.19

第三章低噪声放大器电路设计...19

3.1设计目标和设计方案...19

3.2直流分析.20

3.3偏置电路设计.23

3.4稳定性分析...25

3.5噪声系数圆和输入匹配.28

3.6输出匹配.32

3.7综合匹配网络的实现...35

3.8本章小结.38

结论...39

致谢..40

参考文献...41
1 绪论 1.1 低噪声放大器的应用和分类近年来，无线通信技术发展迅速，微波、射频技术得到广泛应用。通信系统的发射机和接收机都必须借助各种电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。低噪声放大器（Low NoiseAmplifier， LNA）是接收机前端的重要组成部分其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，以供系统解调出所需的信息数据。图 1.1接收机系统原理框图由上图可以看到低噪声放大器位于在系统前端，其噪声性能的好坏直接影响着整机的性能，尤其是接收机灵敏度和整机噪声的好坏。它在不造成接收机线性恶化的前提下提供一定的增益，抑制后续电路的噪声。所以它必须具有很低的噪声系数、合适的增益以及低的功耗。低噪声微波放大器目前已广泛应用于微波通信、GPS 接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。放大器按主要技术指标的不同，可以有不同的分类方法。按频段划分，比如，L 波段放大器、C 波段放大器、X 波段放大器等等；按工作带宽的宽窄，可将放大器分为宽带放大器系列和窄带放大器系列；按输出功率的大小，可将其分为小功率放大器系列、中功率放大器系列和高功率放大器系列以及极高功率的放大器系列；按输入信号的大小，可分为小信号放大器系列和通用放大器系列；按噪声系数的大小，可分为低噪声放大器系列和普通放大器系列；按输出增益平坦度的好坏又有限幅放大器等系列。以上的划分没有严格的界限，总体来讲，放大器可以分为两大类：功率放大器系列和低噪声放大器系列。原因是由于在放大器系列的所有应用中，其噪声系数和输出的功率是应用者最为关心的两个关键指标。一般而言，功率放大器和低噪声放大器分别可以用 PA（Power Amplifier）和 LNA（Low Noise Amplifier）来表示。功率放大器主要是应用于发射系统中，将信号放大到足够的功率电平，以实现信号的发射，实现信号的远距离传输并保障系统可靠的接收。而低噪声放大器则应用于接收系统中，源]自{751^*论\文}网·www.751com.cn/ 其主要目的是为了减少系统的杂波，放大系统的信号，尽量减小系统的噪声，提高接收系统的灵敏度。本课题中设计的放大器，就属于低噪声放大器系列。如果按频段划分，则属于 C 波段系列。目的是为了实现系统宽频带内的低噪声、高增益、低反射等技术指标。 1.2 研究意义及发展现状上世纪四十年代微波晶体管问世，由于其体积小、重量轻使得其成为微波固体器件的一个重要分支。到了六十年代中期，由于平面外延工艺的发展，双极晶体管能够应用于微波频段。而且，随着半导体材料和工艺的迅速发展，场效应晶体管紧接着也应用于微波频段。微波晶体管放大器具有宽频带、稳定性好、噪声性能好、动态范围大等优点。在过去的二十几年，低噪声技术有了长远的发展。在 80 年代早期，低噪声放大器的噪声性能已经相当出色了，然而其体积重量都比较大，功耗也比较大。卫星地面终端对低噪声、重量轻、低功耗以及高可靠性同时提出了要求，当时的低噪声放大器还很难同时达到上述要求。随着器件工艺技术的发展，人们开发了许多新型的半导体器件。除砷化镓场效应晶体管（GaAs FET）外，其佼佼者有高电子迁移率晶体管（HEMT）和异质结双极晶体管（HBT）。