微波低噪声放大器的研究与设计

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qdchengr
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在基站等接收系统中,接收机前端需要放置低噪声放大器(LNA),其性能的好坏将直接影响整个接收机的性能。通常天线接收到的信号较为微弱,低噪声放大器的作用是对接收到的有用信号作放大处理,并减小噪声干扰,以供系统解调出所需的信息数据,提高接收系统的灵敏度。本文以低噪声放大器匹配网络为研究方向,并提出两个与其相关的方法,如下:(1)在匹配设计时采取集总元件和微带线在史密斯圆图上混合匹配的方法,设计出合理的匹配电路,降低了后续整体优化过程的复杂度。(2)在传统的等噪声系数圆和等增益圆的基础上增加等驻波比圆,在同一史密斯圆图内能更加直观地选出合适阻抗匹配点,进行匹配网络设计。结合上述方法采用ADS软件设计出了工作频段为0.8GHz的窄带低噪声放大器和0.65GHz1.35GHz的宽带低噪声放大器,并详细给出了设计步骤。在窄带低噪声放大器设计过程中,分析了源极负反馈和串入电阻对放大器性能影响,并且采用了ADS中的Momentum三维仿真控件对低噪声放大器进行了EM电磁场混合仿真,提高了仿真精度,使仿真设计出的LNA更加接近于实物测试值。设计得到的窄带放大器噪声系数NF<0.5dB,增益G>18dB,输入输出反射系数S11、S22均小于-10dB,达到了设计指标的要求。最后利用Altium Designer进行PCB制图,加工成实物并测试,对测试结果误差进行了分析。论文设计的宽带放大器引入并联负反馈支路,分析推导出了并联反馈电阻的理论值计算公式。通过优化各元器件及微带线尺寸、加入匹配网络设计出的宽带放大器指标为:工作频率0.65GHz1.35GHz,噪声系数NF<1.35dB,增益G>14dB,增益平坦度小于1dB,输入输出反射系数小于-10dB。最后加工成实物并测试结果。此款低噪声放大器的成功设计,证实了结合等驻波比圆选取阻抗点的方法设计低噪声放大器的可行性。论文最后尝试将交指型微带耦合线作为低噪声放大器的匹配网络,此结构适合用在S波段以上。在2GHz3GHz频率范围采用该结构设计出的低噪声放大器仿真结果为:NF<2.5dB,增益G>10dB,增益平坦度小于1dB,输入输出反射系数S11、S22均小于-10dB。仿真结果表明此结构可以用作低噪声放大器的匹配网络。
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