中心频率为1.5GHz的低噪声放大器设计

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1 绪论1.1 低噪声放大器的应用在微波射频接收机系统中，低噪声放大器(low noise amplifier 简称LNA)是接收机前端系统的最重要模块，是现代微波/毫米波通信、雷达、电子战系统等应用中的重要组成部分，接收机的灵敏度计算公式为：64983

（1-1）

其中W为接收机带宽即数字处理部分的数字滤波器所选的带宽，S/N为接收机解调时AD所需的最小信噪比，NF为接收机噪声。一旦接收机的调制方式选定后，接收系统所能解调到的信号的最小信噪比S/N就确定了，通常理论值为6到12之间，占用带宽也基本确定了。因此一旦调制方式确定以后，决定接收机系统的灵敏度的重要指标为接收通道的噪声系数。而由于多级级联的接收系统中噪声系数计算公式为：

（1-2）

其中， , ...为各级增益, 也为实际数值而非对数值,若通道中有些器件为无增益只有插入损耗 L 的器件，像射频滤波器及无源混频器等具有插入损耗的一类器件，此级增益即为负的损耗值。由此我们可以看出影响噪声系数的主要因素为第一级。因此如果在一个接收机系统的最前端采用噪声系数较低的低噪声放大器，在放大接收信号的同时抑制噪声干扰，对接受系统灵敏度的提高至关重要。如果此低噪声放大器的噪声系数足够低并且有一定的增益的情况下，就能够抑制后级电路的噪声，使整个接收机系统的噪声主要取决于低噪声放大器噪声及其之前的开关、隔离器（环行器）及其滤波器的插入损耗。如果低噪声放大器的噪声系数降低，接收机系统的噪声系数也会变小，信噪比得到改善，灵敏度将大大提高。因此低噪声放大器噪声性能将直接影响整个系统的噪声性能，进而决定接收机的灵敏度。其线性特性将在很大程度上决定整机的线性动态范围。并且再设计中为了达到最大的功率传输必须保证其端口阻抗为50Ω 的标准阻抗。与普通放大器相比,低噪声放大器一方面可以减小系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面放大系统接受下来的微弱信号，保证系统工作的正常运行。微波低噪声放大器的性能制约了整个接收系统的性能，对于整个接收系统技术水平的提高，也起了决定性的作用。因此，研制合适的高性能的低噪声的放大器，已经成为接收机系统设计中的核心技术之一。
接收机基本框图

图 1-1 为接收机的基本结构框图。其中，图(a)所示结构为低噪声放大器位于接收天线和预选滤波器后的第一级的情况，此种结构的优点是预选滤波器能够有效的滤除杂波干扰，避免带外信号进入放大器使接收机发生阻塞现象或烧坏放大器及其后级电路，缺点是前级滤波器会引入插入损耗加大系统噪声使灵敏度降低。采用此种结构时要尽量降低前级预选滤波器的插入损耗，一般采用插入损耗较小的腔体滤波器或介质滤波器。图(b)所示结构一般在对系统噪声性能有较高要求时使用，此种结构消除了因前级预选滤波器插入损耗对噪声性能的恶化，达到了超低的噪声性能要求。但是采用此种结构经常会在低噪声放大器前级加入限幅器以保护后级电路避免带外大信号干扰烧毁低噪声放大器与其后级电路。

1.2 低噪声放大器的研究现状

1.3 本论文主要内容安排

高性能的低噪声放大器可以提高接收机的接收灵敏度，是无线电接收机中的一个重要部件，有广泛的应用价值。它的主要功能是在不添加额外噪声的情况下尽量放大输入小信号，从而在低功率点上保证所需的信噪比。另外，对于大信号，LNA应该尽量做到在不失真的情况下放大输入信号，因而消除信道串扰。合适的LNA设计在当今的通信系统设计中占有重要地位。