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超短波低噪声放大器的设计

作　者: 余益伟
导　师: 官伯然
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 低噪声放大器 噪声系数 负反馈 匹配网络
分类号: TN722.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


21世纪是信息技术高速发展的时代,以微电子为基础的电子技术是推动信息技术发展的物质基础。无线通信电路由发射模块和接收模块组成,其中低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是接收模块的关键部分,它已广泛地应用于宇宙通讯、雷达、电子对抗、遥测遥控、射电天文、大地测绘、微波通信等无线电通信系统中。LNA的主要作用是放大弱信号,如天线从天空中接收到的微弱信号,地质探测中的瞬变电磁信号,传感器输出的弱信号等,同时降低噪声干扰,以提供系统解调所需的信息数据。所以低噪声放大器的设计对整个接收机是至关重要的,它性能的好坏直接影响整机性能,尤其是接收机的灵敏度。低噪声、高增益、宽频带已经成为LNA的发展趋势。文中阐述了低噪声放大器的基础理论,并对系统噪声的产生及其测量技术进行了简单的介绍。在阅读大量相关文献的基础上,分析了低噪声放大器研制过程中遇到的困难,包括匹配电路的设计以及提高晶体管稳定性的方法等等问题。针对本课题研究的超短波段低噪声放大器,放大电路采用一种电容负反馈的形式,有效平衡了放大器源端输入反射和噪声系数之间的矛盾。本文选用安捷伦(Agilent)公司的低噪声高电子迁移率晶体管ATF-54143,并结合射频电路仿真软件ADS(Advanced Design System ADS2008)对放大器的输入、输出匹配电路、偏置电路进行了设计。在综合考虑放大器的噪声系数、增益、稳定性和驻波比几个性能指标,对整体电路做了进一步的优化,给出了整体电路版图的Momentum二维电磁仿真结果。最后使用Protel DXP软件设计了低噪声放大器的PCB版图,完成了实物的制作、测量和调试。实际测试的低噪声放大器的功率增益达到了23dB,噪声系数约为0.6dB,达到了该课题的研制任务要求。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 引言  9-10
  1.2 低噪声放大器的发展状况及趋势  10-12
  1.3 超短波低噪声放大器的研究意义  12
  1.4 本文主要工作  12-14
第2章 低噪声放大器的基本理论  14-28
  2.1 二端口网络  14-16
    2.1.1 阻抗参量  14-15
    2.1.2 散射参量  15-16
  2.2 低噪声放大器的主要性能指标  16-22
    2.2.1 工作频率和带宽  17
    2.2.2 功率增益和增益平坦度  17-19
    2.2.3 输入输出电压驻波比  19-20
    2.2.4 噪声系数  20
    2.2.5 线性动态范围及1dB 压缩点  20
    2.2.6 互调失真  20-22
  2.3 放大电路稳定性分析  22-26
    2.3.1 稳定判别圆  22-24
    2.3.2 绝对稳定的充要条件  24-25
    2.3.3 潜在不稳定情况  25-26
  2.4 ADS 仿真软件介绍  26-27
  2.5 小结  27-28
第3章 噪声系数及其测量技术  28-41
  3.1 放大电路的噪声定义  28-32
    3.1.1 噪声分类  28-30
    3.1.2 噪声系数和噪声温度  30-31
    3.1.3 级联网络的噪声  31-32
  3.2 低噪声器件  32-35
  3.3 噪声系数的测量  35-39
    3.3.1 直接测量法  35
    3.3.2 两倍功率法  35-36
    3.3.3 增益测量法  36
    3.3.4 Y 因数测量法  36-37
    3.3.5 噪声测量不确定度的分析  37-39
  3.4 测量注意事项  39-40
  3.5 小结  40-41
第4章 超短波段低噪声放大器的具体设计  41-58
  4.1 低噪声放大器的设计指标和具体步骤  41-42
    4.1.1 设计指标要求  41
    4.1.2 具体步骤  41-42
  4.2 晶体管的选取和拓扑结构确定  42-48
    4.2.1 晶体管的选取  42-44
    4.2.2 基板的选取  44-45
    4.2.3 拓扑结构的确定  45-48
  4.3 低噪声放大器设计  48-57
    4.3.1 偏置电路的选择和设计  48-49
    4.3.2 稳定性的设计  49-51
    4.3.3 匹配电路的设计  51-54
    4.3.4 整体电路的优化仿真  54-57
  4.4 小结  57-58
第5章 低噪声放大器的制作与调测  58-63
  5.1 低噪声放大器的版图实现  58-59
    5.1.1 PCB 版图的注意事项  58
    5.1.2 PCB 版图的实现  58-59
  5.2 低噪放的制作与调试  59-63
第6章 结论  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68-69
详细摘要  69-71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器 > 低噪声放大器
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