低噪声放大器设计

❶ 低噪声放大器的正文

噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数 F=1（0分贝），其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温 参放的噪声 温度Te可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极基联的低噪声放大电路。
在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F（见放大）来表示或用取对数值的噪声系数FN表示FN=10lgF(dB)
理想放大器的噪声系数F=1(0分贝),其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。设计良好的低噪声放大器的FN可达3分贝以下。在噪声系数很低的场合,通常也用噪声温度Te作为放大器噪声性能的量度：Te=T0(F-1)。式中T0为室温。在这里，它和噪声温度Te的单位都是开尔文(K)。
多级放大器的噪声系数F主要取决于它的前置级。若F1，F2，…，Fn依次为各级放大器的噪声系数，则式中A1,…，An-1依次为各级放大器的功率增益。前置级的增益A1越大,则其后各级放大器对总噪声系数F的影响越小。
单级放大器的噪声系数主要取决于所用的有源器件及其工作状态。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Tθ可低于几十度（绝对温度），致冷参量放大器可达20K以下。砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。
晶体管的自身噪声由下列四部分组成。①闪烁噪声，其功率谱密度随频率f的降低而增加，因此也叫作1/f噪声或低频噪声。频率很低时这种噪声较大，频率较高时（几百赫以上）这种噪声可以忽略。②基极电阻rb'b的热噪声和。③散粒噪声，这两种噪声的功率谱密度基本上与频率无关。④分配噪声，其强度与f的平方成正比，当f高于晶体管的截止频率时,这种噪声急剧增加。图1是晶体管噪声系数F随频率变化的曲线。对于低频，特别是超低频低噪声放大器,应选用1/f噪声小的晶体管；对于中、高频放大，则应尽量选用高的晶体管，使其工作频率范围位于噪声系数-频率曲线的平坦部分。
场效应晶体管没有散粒噪声。在低频时主要是闪烁噪声，频率较高时主要是沟道电阻所产生的热噪声。通常它的噪声比晶体管的小，可用于频率高得多的低噪声放大器。
放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。图2是考虑了自身噪声的放大器模型。us和Rs分别为信源电压和内阻,Rs的热噪声电压均方值等于4kTRs墹f，式中T为绝对温度，k为玻耳兹曼常数，墹f为放大器通带。放大器自身噪声用噪声电压均方值和噪声电流均方值表示，它们是晶体管工作状态的函数，可以用适当方法来测量。这样，放大器的噪声系数F可写作放大管的直流工作点一旦确定,和亦随之确定，这样，噪声系数F将主要是信源内阻Rs的函数。Rs有一使F为最小的最佳值（图3）。
在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。发射极电流IE有一使噪声系数最小的最佳值,典型的F-IE曲线如图4所示。
晶体管放大器的噪声系数基本上与电路组态无关。但共发射极放大器具有适中的输入电阻，F为最小时的最佳信源电阻Rs和此输入电阻比较接近，输入电路大体上处于匹配状态，增益较大。共基极放大器的输入电阻小，共集电极放大器的输入阻抗高，两者均不易同时满足噪声系数小和放大器增益高的条件，所以都不太适于作放大键前置级之用。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极-共基极级联的低噪声放大电路。

❷ 在通信中，低噪声放大器的作用是什么

噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，内以及高灵敏度电子探测设备的放容大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数 F来表示。理想放大器的噪声系数 F＝1（0分贝） ，其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器 ，常温 参放的 噪声 温度 Te 可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达 20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。

❸ 低噪声放大器的第一级放大器输入微带的损耗增加0.3dB,则总噪声系数贡献就会增加0.3dB对吗

第一放大器输入端的插损是直接累加到低噪放总噪声系数里面的，所以答案是：你说的对！

❹ 怎么降低低噪声放大器影响低噪声放大器的几个因素（包括内部和外部）

噪声系数=输入信噪比/输出信噪比（比值表示）
通过放大器的信号，信噪比肯定会下降。
看下你LNA的噪声系数是不是5dB左右。

❺ 设计一个低噪声前置放大器,从抑制噪声的角度要考虑哪些因素

设计一个低噪声前置放大器,从抑制噪声的角度要考虑哪些因素？

❻ 低噪声放大器输入端和输出端匹配原则是什么阻抗匹配的目的是什么

低噪声放大抄器是按噪声最佳匹配袭进行设计的，噪声最佳匹配点并非最大增益点。输入输出匹配时输出最大。此时噪声并非最佳，而有一些失配才能使噪声最佳。 1.在优先满足噪声小的前提下，提高电路增益，即根据输入等增益圆、等噪声圆，选取合适的ΓS ，作为输入匹配电路设计依据。 2.输出匹配电路设计以提高放大器增益为主， Γout = Z0 （ΓL = Γ2*） 3.满足稳定性条件 4.结构工艺上易实现 阻抗匹配是为了减小反射。

❼ 射频低噪声放大器的设计与仿真 的英文文献 带翻译！或者相关的英文文献！

从天线接收的微弱信号由处于射频接收机前端的放大器进行放大，因此要求该放大器具有一定的增益和较小的噪声系数。

本文借助Agilent公司的射频电路设计软件ADS(Advanced Design System)进行辅助设计一款高增益低噪声放大器(LNA)，并对其进行了仿真验证。

1 射频放大器的组成

单级射频放大器的组成如图1所示，包括射频晶体管放大电路和输入、输出匹配网络三部分。2 射频放大器的设计

2．1 晶体管的选择

选择好晶体管器件对低噪声放大器的设计至关重要。

根据工作频率、增益和噪声系数等指标要求，同时考虑到设计、仿真时便于得到相应的元器件模型，最终选用Avago公司的高电子迁移率晶体管(E-PHEMT)ATF-58143来进行设计(可以在Avago公司的网站上下载到ATF-58143的元件模型)。

2．2 偏置电路的设计

设计LNA首先需要确定静态工作点，利用ADS中的“DC_FET_T”的模板可以很方便地仿真出其输出特性曲线。再参考ATF-58143的datash eet，可以确定当Vds=3 V，Ids=35 mA时，各项设计指标满足要求。

确定静态工作点后，就要确定偏置电路的形式和参数。不需人工计算，借助ADS中的设计向导工具(DesignGuide→Amplifier→Tools→ Transistor Bias Utility)可以轻易完成。因为ADS所提供的元件数值是非标称的，所以需要设计者用与ADS提供的数值接近的标称元件进行替代。偏置电路及各点静态参数如图2所示。2．3 稳定性分析及改善

晶体管绝对稳定的条件是K>1，|△|<1。其中：

如果这两个条件不能同时得到满足，电路将存在潜在的不稳定和振荡的可能。对上述偏置条件下的晶体管进行稳定性仿真分析发现，在要求的工作频段内其稳定系数K<1，不满足绝对稳定的条件。
通过引入负反馈的方式可以改善电路的稳定性，同时也能够拓展工作带宽。在输出端和输入端之间串联RC电路引入负反馈，其中的R需要满足条件：

同时在两个源极加上小的电感引入负反馈进一步改善稳定性，该电感的值需反复调节后方能确定。
对引入负反馈后的电路再次仿真，其工作频带内稳定系数K>1，满足绝对稳定条件。

2．4 最小噪声系数的输入匹配电路设计，最大增益的输出匹配电路设计
如果输入匹配电路和输出匹配电路使射频器件的输入阻抗Zin和输出阻抗Zout都转换到标准系统阻抗Zo，即Zin=Zo，Zout=Zo(或，如图1所示)就可使器件的传输增益最高。但输入、输出匹配时，噪声并非最佳。当ΓS=Γopt时，可以得最小的噪声系数。 利用ADS可以很方便地绘制出等功率增益圆和等噪声系数圆，如图3所示。从图中可以看出，如果从m2点匹配到标准系统阻抗，将可以使电路获得最大的增益；如果从m3点匹配到标准系统阻抗，将可获得最小的噪声系数。显然最大增益和最小噪声系数不可同时得到。对于低噪声放大器，首要的是考虑最小噪声系数，因此对m3点进行匹配。借用ADS的自带工具“Smith Chart Utility Tool”进行，只要在其中设置好频率、源阻抗和目标阻抗值，就可以设计出所需要的输入匹配电路。

在输入端匹配完成以后，在原理图中加入阻抗测量控件测出输出阻抗，再次使用“Smith Chart Utility Tool”将输出阻抗匹配到标准系统阻抗，就可得到最大增益的输出匹配电路。
当输出端的匹配完成后，因为改变了从输入端向里看的等效阻抗Zin，输入端的回波损耗会变差。为此，可以采用优化控件对输入端和输出端的匹配电路进行同时的优化改进，也可以使用Tunig工具进行调节。

2．5 最终电路及仿真结果分析

匹配及优化后的电路如图4所示，电路中各元件的作用分别是：C6、L6是输入匹配电路；C7、L7是输出匹配电路；L1、L5、C3、R5是反馈元件；L3、L4是扼流电感；C4、C5是隔直耦合电容；C1、C2是旁路电容。


需要说明的是，反馈电感L1、L5和匹配电路中的元件C6、L6、C7、L7等因为数值较小，在工程中常用微带线来代替。 仿真结果如图5所示。其工作带宽达500 MHz，中心频率处增益接近20 dB，输入输出反射损耗小于-10 dB，噪声系数小于0．5 dB，稳定系数大于1。如果断开反馈电路后再次仿真，会发现增益有所加大，但稳定系数将小于1，放大电路将不能正常工作。

3 结论

通过射频低噪声放大器的设计与仿真，可以看到使用ADS辅助设计电路，理论计算简单，设计过程快速，参数修改容易，验证方便，缩短了设计周期，提高了设计精度，在工程中具有实用价值。

After determine the static working point, shall determine the form and the parameters of bias circuit. Do not need artificial calculation, with the aid of ADS in the design wizard tool (DesignGuide - Amplifier - > Tools - Transistor Bias, the Utility) can be done easily. Because the ADS provided by the component values are nominal, so designers need to use with the ADS provide alternative values close to the nominal elements. Bias circuit and some static parameters as shown in figure 2.

2.3 stability analysis and improvement

Transistor is K > 1, the absolute and stability of the | delta | < 1. Among them:

If the two conditions cannot be satisfied at the same time, there will be potential instability and oscillatory circuit. Transistor of the bias conditions stability simulation analysis found that the stability coefficient within the required working frequency band K < 1, can not meet the needs of absolute stability conditions.

By introcing feedback on ways to improve the stability of the circuit, but also can extend working bandwidth. Between the output and the input series RC circuit is introced into feedback, of which R need to meet the conditions:

In both the source and small inctance is introced into feedback to further improve the stability, the value of the inctance to repeatedly adjust the rear can be determined.

Introction of negative feedback circuit simulation again, within its working frequency stability factor K > 1, meet the absolute stability condition.

2.4 minimum noise factor input matching circuit is designed, the biggest gain of the output matching circuit design

If the input matching circuit and the output matching circuit of rf devices Zin the input impedance and output impedance Zout impedance Zo are transformed to the standard system, namely the Zin = Zo, Zout = Zo (or, as shown in figure 1) to make a device transport the highest gain. But when input and output matching, noise is not the best. When Γ S = Γ opt, could get the minimum noise figure.

ADS can be easily draw power gain and noise coefficient, as shown in figure 3. Can be seen from the diagram, if from m2 point impedance matching to the standard system, will be able to make the circuit gain maximum gain; If impedance matching to the standard system, from the m3 point will be minimal noise coefficient can be obtained. Obviously the biggest gain and the minimum noise figure cannot get at the same time. For low noise amplifier, the first is to consider the minimum noise figure, and so on m3 point matching. Use ADS bring tools "Smith Chart the Utility Tool", in which as long as the set frequency, source impedance and the target impedance value, can the input matching circuit design need.

In the input matching is complete, add impedance measurement control measure in principle diagram output impedance, again using "Smith Chart the Utility Tool will impedance, output impedance matching to the standard system can get the maximum gain of the output matching circuit.

When the output matching is completed, because has changed from the input to see the equivalent impedance Zin, will get poor return loss at the input. For this purpose, the optimal control can be used for the input and the output matching circuit optimization to improve at the same time, also can use Tunig tools.

2.5 the final circuit analysis and simulation results

Matched and optimized circuit as shown in figure 4, the role of each element in the circuit are respectively: C6, L6 is input matching circuit; C7, is about the output matching circuit; L1, L5, C3, R5 is feedback element; L3, L4 is choke inctance; C4, C5 is the direct coupling capacitance; C1, C2 is the bypass capacitor.

Feedback to be sure, inctance L1, L5 and matching circuit element in C6, L6, C7, about because small amounts, such as microstrip line to replace the commonly used in engineering.

The simulation results as shown in figure 5. Its working bandwidth of 500 MHz, the center frequency close to 20 dB gain, input and output return loss is less than 10 dB of noise coefficient is less than 0.5 dB, stability factor greater than 1. If disconnect again after feedback circuit simulation, will find the gain increased, but the stability coefficient will be less than 1, the amplifying circuit will not work properly.

3 conclusion

Through radio frequency low noise amplifier design and simulation, can see use ADS auxiliary circuit design, the theoretical calculation is simple, rapid design process, parameter modification easy, convenient, shorten the design cycle,

❽ 低噪声放大器技术指标有哪些

LNA经历了早期液氦致冷的参量放大器、常温参量放大器的发展过程，随着现代科内学技术的高速发展，近几年已被容微波场效应晶体管放大器所取代，此种放大器具有尺寸小、重量轻和成本低的优异特性。特别是在射频特性方面具有低噪声、宽频带和高增益的特点。在C、Ku、Kv等频段中已被广泛的使用，目前常用的低噪声放大器的噪声温度可低于45K。

❾ 微波低噪声放大器设计用什么软件

一般常用的是 ADS（Advanced Design System），可以做场仿真和路方针。当然频率如果很高，那可回以结合HFSS（High Frequency Structure Simulator）进行答联合仿真。