没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
资源推荐
资源详情
资源评论
利用 ADS 设计 LNA
低噪声放大器设计的依据和步骤:
• 满足规定的技术指标
噪声系数(或噪声温度);功率增益;增益平坦度;工作频带;
动态范围
输入、输出为标准微带线,其特征阻抗均为50
步骤:
• 放大器级数(对于我们,为了便于设计和学习,通常选择一级)
• 晶体管选择
• 电路拓朴结构
• 电路初步设计
• 用CAD软件进行设计、优化、仿真模拟
一、 低噪声放大器的主要技术指标
1.LNA 的噪声系数和噪声温度
放大器的噪声系数 NF 可定义如下
outout
inin
NS
NS
NF
/
/
式中,NF 为微波部件的噪声系数;
S
in
,N
in
分别为输入端的信号功率和噪声功率;
S
out
,N
out
分别为输出端的信号功率和噪声功率。
噪声系数的物理含义是:信号通过放大器之后,由于放大器产生噪声,使信噪比变坏;
信噪比下降的倍数就是噪声系数。
通常,噪声系数用分贝数表示,此时
)lg(10)( NFdBNF
放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度 T
e
来表达。噪声温度 T
e
与噪声系数 NF 的关系是
)1(
0
NFTT
e
式中,T
0
为环境温度,通常取为 293K。
2.LNA 的功率增益、相关增益与增益平坦度
微波放大器功率增益有多种定义,比如资用增益、实际增益、共扼增益、单向化增益等。
对于实际的低噪音放大器,功率增益通常是指信源和负载都是 50Ω标准阻抗情况下实
测的增益。
实际测量时,常用插入法,即用功率计先测信号源能给出的功率 P
1
;再把放大器接到
信源上,用同一功率计测放大器输出功率 P
2
,功率增益就是
1
2
P
P
G
低噪声放大器都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹配点并非最大增益点,因
此增益 G 要下降。噪声最佳匹配情况下的增益称为相关增益。通常,相关增益比最大增益
大概低 2-4dB。
功率增益的大小还会影响整机噪声系数,下面给出简化的多级放大器噪声系数表达式:
...
11
21
3
1
2
1
GG
N
G
N
NN
ff
ff
其中:
f
N -放大器整机噪声系数;
321 fff
NNN ,, -分别为第 1,2,3 级的噪声系数;
21
GG , -分别为第 1,2 级功率增益。从上面的讨论可以知道,当前级增益 G
1
和 G
2
足够
大的时候,整机的噪声系数接近第一级的噪声系数。因此多级放大器第一级噪音系数大小起
决定作用。作为成品微波低噪音放大器的功率增益,一般是 20-50dB 范围。
增益平坦度是指工作频带内功率增益的起伏,常用最高增益与最小增益之差,即△G(dB)表
示。
3.工作频带不仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围,而且还要求全频带内噪音要满
足要求,并给出各频点的噪音系数。动态范围的上限是受非线性指标限制,有时候要求更加
严格些,则定义为放大器非线性特性达到指定三阶交调系数时的输入功率值。
4.动态范围是指低噪音放大器输入信号允许的最小功率和最大功率的范围。动态范围的下
限取决于噪声性能。当放大器的噪声系数 N
f
给定时,输入信号功率允许最小值是:
MfkTNP
mf
)(
0min
其中:
m
f -微波系统的通频带(例如中频放大器通频带);
M- 微波系统允许的信号噪声比,或信号识别系数;
T
0
- 环境温度,293K。
5
5
.
.
端
端
口
口
驻
驻
波
波
比
比
和
和
反
反
射
射
损
损
耗
耗
低噪声放大器主要指标是噪声系数,所以输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的,其结
果会偏离驻波比最佳的共扼匹配状态,因此驻波比不会很好。
此外,由于微波场效应晶体或双极性晶体管,其增益特性大体上都是按每倍频程以6dB规律
随频率升高而下降,为了获得工作频带内平坦增益特性,在输入匹配电路和输出匹配电路都
是无耗电抗性电路情况下,只能采用低频段失配的方法来压低增益,以保持带内增益平坦,
因此端口驻波比必然是随着频率降低而升高。
6.稳定性
当放大器的输入和输出端的反射系数的模都小于 1(即
12,11
)时,不管源阻
抗和负载阻抗如何,网络都是稳定的,称为绝对稳定;
当输入端或输出端的反射系数的模大于 1 时,网络是不稳定的,称为条件稳定。
对条件稳定的放大器,其负载阻抗和源阻抗不能任意选择,而是有一定的范围,否则放
大器不能稳定工作。
定义: 21121111
2
SSSsuficient
21122212
2
SSSsuficient
21122
2112221122111
222
SS
SSSSSS
necessary
放大器在г
S
输入平面上绝对稳定的充分必要条件为
1
01
necessary
suficient
放大器在г
L
输入平面上绝对稳定的充分必要条件为
1
02
necessary
suficient
二
二
、
、
性
性
能
能
指
指
标
标
Frequency 2.0GHz
SourceImpedance 50Ohm
Gain >10d
Noisefactor <2dB
Stablity Unconditonal
三、 晶体管选择
在进行设计之前,我从网上搜索和下载了很多 device 的 s2p 文件和 datasheet,在众
多的器件中选择一个合适的晶体管对后面的设计很重要,因此在选择器件上我也花了很多时
间,力求能选得合适。
最后我采用了 NEC 的 2SC5507(NE661M04),它具有频率高、噪声低、低温性能好等优
点。2SC5507 提供的 Datasheet 提供了宽频段的 S 参数,ADS 设置中也选用 S 参数模型,因
为用 S 参数模型比较精确,而且各种资料也详细,比较方便。虽然在设计上我估计是能符
合性能指标的,不过这里我没有考虑晶体管的价格问题,所以有可能“杀鸡用牛刀”了,没
有充分发挥器件的性能,但是对于我们初学者,这个问题可以先不予考虑,主要是为了学习
和掌握设计的方法。
下面是 2SC5507 的 s2p 文件:
/**********************************************
! NEC Compound Semiconductor Devices Ltd.
! 20. August 2002
! NE661M04/2SC5507
! NPN Silicon Transistor
! Vce = 2 V Ic = 5 mA
# GHz S MA R 50
! f S11 S21 S12 S22
! GHz MAG ANG MAG ANG MAG ANG MAG ANG
0.10 0.820 -4.7 10.440 173.8 0.000 80.8 0.970 -4.1
0.20 0.820 -9.2 10.280 168.8 0.010 75.3 0.940 -7.1
0.30 0.800 -13.8 10.090 164.2 0.010 75.0 0.920 -9.4
0.40 0.790 -18.0 9.890 159.8 0.010 74.1 0.900 -11.5
0.50 0.780 -22.4 9.730 155.6 0.020 72.2 0.880 -13.4
0.60 0.760 -26.6 9.550 151.5 0.020 70.4 0.870 -15.4
0.70 0.740 -31.1 9.360 147.4 0.020 68.0 0.850 -17.3
0.80 0.720 -35.3 9.190 143.5 0.030 66.6 0.840 -18.9
0.90 0.700 -39.4 9.010 139.6 0.030 64.9 0.820 -20.8
1.00 0.680 -43.6 8.820 135.8 0.030 63.3 0.800 -22.4
1.10 0.660 -47.9 8.670 132.0 0.030 61.2 0.780 -23.9
1.20 0.630 -51.9 8.460 128.6 0.040 60.7 0.770 -25.5
1.30 0.610 -56.2 8.270 124.8 0.040 58.7 0.750 -26.9
1.40 0.580 -60.3 8.070 121.5 0.040 57.8 0.730 -28.4
1.50 0.560 -64.7 7.910 117.9 0.040 56.3 0.720 -29.7
1.60 0.530 -68.9 7.720 114.5 0.040 55.5 0.700 -31.0
1.70 0.510 -73.3 7.540 111.3 0.050 53.8 0.690 -32.3
1.80 0.490 -77.6 7.350 108.2 0.050 53.4 0.670 -33.6
1.90 0.460 -82.0 7.180 105.0 0.050 51.9 0.650 -34.9
2.00 0.440 -86.7 7.000 102.0 0.050 51.6 0.640 -36.1
2.10 0.420 -91.6 6.830 98.9 0.050 49.6 0.620 -37.2
2.20 0.400 -96.5 6.660 95.9 0.050 49.6 0.610 -38.2
2.30 0.380 -101.9 6.490 92.9 0.050 48.3 0.600 -39.5
2.40 0.360 -107.6 6.320 90.0 0.050 47.4 0.580 -40.5
2.50 0.350 -113.6 6.160 87.0 0.060 46.2 0.570 -41.7
2.60 0.330 -120.2 6.000 84.1 0.060 45.3 0.550 -42.7
2.70 0.320 -127.9 5.820 80.9 0.060 44.6 0.530 -43.4
2.80 0.300 -137.3 5.590 77.9 0.060 42.5 0.520 -43.8
2.90 0.250 -144.7 5.290 76.3 0.060 44.1 0.520 -43.2
3.00 0.230 -142.4 5.220 76.0 0.060 48.2 0.520 -44.8
4.00 0.310 175.3 4.230 62.3 0.060 46.8 0.440 -48.3
5.00 0.420 147.1 3.500 41.8 0.080 45.6 0.360 -70.4
6.00 0.510 130.2 2.940 25.6 0.090 42.7 0.310 -89.6
7.00 0.580 116.8 2.520 9.8 0.100 38.6 0.290 -115.3
8.00 0.650 106.9 2.160 -5.0 0.120 34.4 0.310 -143.0
剩余18页未读,继续阅读
资源评论
Nick_Nuo
- 粉丝: 2
- 资源: 5
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功