【正文】 (3)目前的低噪聲放大器研究技術(shù)日趨成熟，未來的熱點(diǎn)以及難點(diǎn)在于如何適應(yīng)未來通信技術(shù)的要求，提高其低噪聲性能，加大工作帶寬，進(jìn)一步優(yōu)化線性度等等。本文分析了低噪聲放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)以及基本設(shè)計(jì)理論，運(yùn)用 ADS2021 軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)中心頻率為 、通帶為 80MHz、噪聲系 數(shù)小于 3dB、增益大于 1輸入駐波比小于 、輸出駐波比小于 的微波低噪聲放大器。 R1=1141Ω R2=96KΩ (5)在原理圖的工具欄中點(diǎn)擊接地按鈕，將地線（ GROUND）插入到原理圖的畫圖區(qū)當(dāng)中，使得晶體管的發(fā)射極接地。 Rb=()/IBB Rc=陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 26 頁 共 39 頁 計(jì)算偏置電阻的方程如圖 。 IBB掃描的終止值設(shè)為 1e4。這些外部電路 稱之為 偏置電路。 增益在工作帶寬內(nèi)為 ，達(dá)到 11dB，表明在工作帶寬內(nèi)的增益符合技術(shù)指標(biāo)。 低噪聲放大器設(shè)計(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn) (1)雙擊 S參數(shù)仿真控件 SP2，選中其中的 [Calculate Noise]選項(xiàng)，計(jì)算工作帶寬內(nèi)的噪聲系數(shù)。插入到原理圖的畫圖區(qū)，對 S 參數(shù)仿真控件 SP2的各項(xiàng)指標(biāo)如下。選擇目標(biāo)控件的期望值為用 dB表示的 22S 。 選擇 SimInstanceName=“ SP2”。 (11)雙擊畫圖區(qū)的優(yōu)化控件 Optim，打開 [Nominal Optimization]窗口，在 [Nominal Optimization]陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 39 頁 窗口中設(shè)置優(yōu)化控件，優(yōu)化控件設(shè)置步驟如下。 傳輸線 TL4設(shè)置為寬度 W=，長度 L=2mm。 將傳輸線 TL2的長度設(shè)置為可優(yōu)化，優(yōu)化范圍為 2mm到 20mm。 將為帶線的特性阻抗設(shè)置為 50Ω。 21S 曲線在中心頻率處的值為 ，表 明增益沒有達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。數(shù)據(jù)顯示視窗的起始狀態(tài)沒有任何數(shù)據(jù)顯示，需要選擇需要顯示的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)顯示的方式。 圖 Passive Circuit 設(shè)計(jì)向?qū)Т翱? (6)點(diǎn)擊設(shè)計(jì)向?qū)Т翱?[Passive Circuit DesignGuide]中的 [Design Assistant]選項(xiàng)，并單擊[Design]按鈕，軟件將自動(dòng)完成單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程。 Zin=50Ω，表示匹配的目標(biāo)為輸入阻抗達(dá)到 50Ω。 T=，表示微帶線的導(dǎo)體層厚度為 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 39 頁 圖 用實(shí)部和虛部表示的輸入輸出阻抗 (11)由圖 ，在選定的中心頻率 Zin1=+，輸出阻抗Zopt1=+。 頻率掃描起始值設(shè)定為 頻率掃描終止值設(shè)定為 頻率掃描步長值設(shè)定為 (7)點(diǎn)擊原理圖工具欄上的仿 真按鈕，執(zhí)行仿真，在仿真結(jié)束之后，數(shù)據(jù)視窗會(huì)自動(dòng)彈出。 創(chuàng)建原理圖 下面將重新創(chuàng)建一個(gè)新的 SP 模型的原理圖，單擊菜單欄中的 [File]菜單→ [New]→[Schematic]，在文件名中輸入 S_Params_1，將 SP模型低噪聲放大器的原理圖命名為 S_Params_1。 (2)綜上所述，可以得出以下結(jié)論。 圖 晶體管Ｓ參數(shù)仿真曲線 (8)雙擊 S參數(shù)的仿真控件 SP，選定其中的 [Calculate Noise]選項(xiàng)。 圖 帶有晶體管 S 參數(shù)掃描模版的原理圖 (3)單擊原理圖工具欄中的 [Display Component Library List]按鈕，打開元器件庫，元器件庫窗口的 [Compomemt]欄最上方的 [Search]中填寫“ 32021”，選擇以 sp 開頭的元器件 sp_hp_AT32021_5_19950105用來做晶體管 S參數(shù)的掃描。選擇里面的元器件 pb_hp_AT32021_19950105，然后單擊原理圖畫圖區(qū)，將所選元器件 pb_hp_AT32021_19950105切換至原理圖畫圖區(qū)當(dāng)中。原理圖是帶有BJT_curve_tracer，帶有這個(gè)模版的原理圖可以自動(dòng)完成晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)掃描的工作，原理圖DC_curve如圖 。 系統(tǒng)內(nèi)的特性阻抗選為 50Ω。同理，令端口 1匹配，可得 12S 為反向的電壓增益， 212||S 為反向的功率增益。 (3)二端口放大器的噪聲系數(shù)還可以表示為 () 式中： nR 為晶體管的等效噪聲電阻； SY 為晶體管的源導(dǎo)納； optY 為得出最小噪聲系數(shù)的最佳源導(dǎo)納； minF 為 optS YY ? 時(shí)晶體管的最小噪聲系數(shù)。 放大器的功率增益 對輸入信號進(jìn)行放大，是放大器最主要的任務(wù)，所以在設(shè)計(jì)低噪聲放大器的仿真設(shè)計(jì)中，增益有著相當(dāng)重要的地位。 微帶線基板的厚度設(shè)置為 ，基板的相對介電常數(shù)設(shè)置為 。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用惠普公司的 AT32021 晶體管，在確定了噪聲系數(shù)、穩(wěn)定因子、增益系數(shù)和輸入輸出駐波比等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)要求的情況下進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)掃描、 S參數(shù)掃描、計(jì)算輸入輸出阻抗、制作輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行優(yōu)化以及偏置電路的仿真設(shè)計(jì)。之后 聲與功率同時(shí)匹配的方法，改善了 LNA 的噪聲優(yōu)化技術(shù)。 [5～ 7] 長期以來，射頻電路的工藝是以 GaAs、 SiGe襯底的 BiCMOS/Bipolar 工藝作為主導(dǎo)地位的，主要是因?yàn)槠涓呓刂诡l率、高增益以及相對較低的噪聲系數(shù)。除去 砷化鉀的場效應(yīng)晶體管 (GaAs FET)之外，其中的高性能晶體管有高電子遷移率晶體管 (HEMT)和異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 (HBT)。量子放大器的噪聲系數(shù)最好，但是它過于龐大并且價(jià)格昂貴。 衛(wèi)星通信用的低噪聲放大器可以分為兩種類型 —— 低噪聲參量放大器和場效應(yīng)晶體管低噪聲放陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁 共 39 頁 大器。靈敏度越高的接收機(jī)偵察范圍就越大，例如高靈敏度的超外差式接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程偵察，用以監(jiān)視敵遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的發(fā)射。該軟件功能多樣、強(qiáng)大，能夠提供各種射頻微波電路的仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 位于 放大微弱信號的場合，放大器 本 身 產(chǎn)生 的噪聲對信號的干擾 也許會(huì)很嚴(yán)重， 所以 希望減小 此類 噪聲，以 達(dá)到 提高輸出的信噪比 的目的 。 6月 1日─ 6月 10日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文并提交論文 6月 11日─ 6月 15日：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于 ADS 的微波低噪聲放大器的仿真設(shè)計(jì) 所屬院 (系 ) 物電學(xué)院 專業(yè)班級 電子 1201 姓 名 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師 完成地點(diǎn) 物電學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 2021 年 6 月 5 日陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 畢業(yè)論文 ﹙ 設(shè)計(jì) ﹚ 任務(wù)書 院 (系 ) 物電學(xué)院 專業(yè)班級 電子信息工程 學(xué)生姓名 一、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚題目 基于 ADS的 微波 低噪聲 放大器的仿真設(shè)計(jì) 二、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚工作自 2021 年 2 月 20 日 起至 2021 年 6 月 20 日止 三、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚進(jìn)行地點(diǎn) : 物電學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 四、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚的內(nèi)容要求： 快速發(fā)展的無 線通信對微波射頻電路如低噪聲放大器提出更高的性能 .低噪聲放大器(LNA)廣泛應(yīng)用于微波接收系統(tǒng)中 ,是重要器件之一 ,主要用來放大低電平信號 ,由于是自天線下來第一個(gè)進(jìn)行信號處理的器件 ,LNA 決定 了整個(gè)系統(tǒng)的噪聲性能和電壓駐波比VSWR,并對動(dòng)態(tài)范圍有著較大的影響 .微波低噪聲 放大器的過程中，往往需要對 駐波比和噪聲 性能參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行處理。 畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)收集資料及參考文獻(xiàn) : [1]低噪聲放大器 (LNA)[J].通信技術(shù) ,2021(01) [2]楊宇航 .基于 WCDMA直放站模擬預(yù)失真功率放大器的研究 [D]電子科技大學(xué)， 2021. 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[6]方偉 .800MHz 射頻功率放大器的研制 [D].南昌大學(xué)碩士學(xué)位論文 .2021 指 導(dǎo) 教 師 系 (教 研 室 ) 系 (教研室 )主任簽名 批準(zhǔn)日期 接受論文 (設(shè)計(jì) )任務(wù)開始執(zhí)行日期 學(xué)生簽名 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 基于 ADS的微波低噪聲放大器的仿真設(shè)計(jì) 學(xué)生： （陜西理工學(xué)院物理與電信工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)電子 1201班級，陜西 漢中 723000） 指導(dǎo)老師： [摘要 ]低噪聲放大器用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路 ,低噪聲放大器也主要面向移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施基站應(yīng)用。 由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù) F來表示。廣泛應(yīng)用于通信、航天等領(lǐng)域。要提高偵察距離，就要提高接收機(jī)的靈敏度，則需要設(shè)計(jì)高性能的低噪聲放大器。這些低噪聲放大器用在幾個(gè)頻段內(nèi) , 包括 4GHz, 12GHz 和毫米波頻段。 從二十世紀(jì)四十年代微波晶體管的問世，由于體積小、重量輕的特點(diǎn)使得其成為微波固體器件的一個(gè)重要組成部分。 1981 年法國 Thomson－ CSF 公司研制成功第一個(gè)低噪聲 HEMT，在 10GHz 條件下， NF為 ， Ga為 。但是，在通信電路中的基帶處理和數(shù)字信號處理一般都利用集成度較高的 CMOS工藝，所以工藝的不兼容性長期以來成為了影響射頻集成電陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁 共 39 頁 路發(fā)展的主要因素。近幾年來，線性化技術(shù)也是一個(gè)研究的熱點(diǎn)，提高 LNA 的線性度的方法有經(jīng)典的導(dǎo)數(shù)疊加技術(shù)與改進(jìn)的導(dǎo)數(shù)疊加技術(shù)，它們主要是利用偏置在不同工作區(qū)的晶體管相并聯(lián)，以抵消他們的三階非線性分量，從而提高三階交調(diào)點(diǎn)。 本次制作微波低噪聲放大器的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)為： 低噪聲放大器的中心頻率選為 ，帶寬 80MHz。 [9] 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁 共 39 頁 二．低噪聲放大器的理論基礎(chǔ) 在低噪聲放大器的設(shè)計(jì)中，通常需要考慮很多技術(shù)指標(biāo)，其中最重要的就是穩(wěn)定性、增益、輸入輸出駐波比和噪聲系數(shù)。放大器的轉(zhuǎn)換功率增益為 22222122|1| ||1|||1| ||1 LLSin ST SSG ?? ????? ??? （ ） 二端口網(wǎng)絡(luò) Zs ZL Vs 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁 共 39 頁 可以得到以下結(jié)論： (1) 2210 ||SG ? ，此為晶體管的增益。 [9][13] iNoNoPPF )(?2m i n || o p tSSn YYGRFF ???陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 39 頁 S 參數(shù)的定義 S參數(shù)是用來表達(dá)元器件的各個(gè)端口的傳輸與反射關(guān)系的物理量。 00ZZ ZZINININ ????0011 ZZ ZZSINININ ?????||20||20)(10 11S