修改lna介绍与设计

低噪声放大器

介绍与设计

12021063杨韧12021059陆嘉欣12021022李媛媛12021248王务仑

LNA简介与应用01技术指标介绍02仿真设计03总结04内容大纲1LNA简介

低噪声放大器是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。低噪放分类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；砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用也已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。LNA参数举例低噪放特点1、位于接收机的最前端2、接收信号很微弱且变化3、通过传输线直接和天线或是天线滤波器相连具有选频功能，抑制带外和镜像频率干扰4、噪声系数低足够的功率增益

5、足够的带宽和大的动态范围LNA应用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。由于来自天线的信号一般都非常微弱，低噪声放大器一般情况下均位于非常靠近天线的部位，以减小信号通过传输线的损耗。LNA应用低噪声放大器是现代无线通信、雷达、电子对抗系统等应用中一个非常重要的部分，常用于接收系统的前端，在放大信号的同时抑制噪声干扰，提高系统灵敏度。01工作频率与带宽02噪声系数03功率增益04端口驻波比与反射损耗05输入输出阻抗匹配

LNA技术指标

2工作频率取决与晶体管的特征频率：与工作点有关，Cπ,Cμ取决于半导体工艺

工作频率晶体管的fT一般要比工作频率高4倍以上带宽

考虑到噪声系数是主要指标，但是在宽频带情况下难于获得极低噪音，所以低噪音放大器的工作频带一般不大宽，较多为20％上下。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声要满足要求。噪声系数公式分子为输入端的信噪比，分母为输出端的信噪比噪声系数的物理意义：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，噪声系数用分贝表示：多个级连网络的总噪声系数噪声系数线性网络双极性晶体管场效应管噪声系数

放大器的噪声系数跟gm有关，则跟实际的工作点有关；双极晶体管放大器的噪声与基区体电阻有关放大器噪声系数与信号源内阻有关，而与负载阻抗无关当一个晶体管的源端所接的信号源的阻抗等于它所要求的最佳信号源阻抗时，由该晶体管构成的放大器的噪声系数最小。实际应用中放大器的噪声系数可以表示为：提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。所以，一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。功率增益放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值：

G=Pout/Pin

端口驻波比

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。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。

如果只关心放大器的外部特性，放大器可当作一个二端口网络，其输入、输出之间的关系可表示为:输入输出匹配1、增益与负载有关，输入输出匹配时输出最大如果输入匹配电路和输出匹配电路使微波器件的输入阻抗Zin和输出阻抗Zout都转换到标准系统阻抗Z0，即Zin=Z0，Zout=Z0（或S=1*，L=2*）就可使器件的传输增益最高。输入输出匹配2、输入、输出匹配时，噪声并非最佳。相反有一定失配，才能实现噪声最佳。3、输入、输出不匹配时，增益将下降。因为负载是复数，有可能在不同的负载下得到相同的输出，经分析在圆图上，等增益线为一圆，这个圆叫等增益圆。4、当输入匹配电路不能使信源反射系数和最佳反射系数（噪声系数最小时的反射系数）相等时，放大器噪声将增大。由于反射系数是复数，不同的值有可能得到相同的噪声系数，在圆图上噪声系数等值线为一圆，叫等噪声圆。输入输出匹配输入输出匹配总结噪声系数：增益：输入端匹配，输出端共轭匹配时功率增益最大。同时功率增益越大，整机的噪声系数会越小。但会对后级有影响，因此，增益应该适中。相关增益：噪声系数最小时的增益，比最大增益小2-4db。为了NF最小，输入端失配,驻波比偏大。

LNA仿真设计

3MOS管伏安特性扫描MOS管伏安特性扫描取工作点：VDS=4V，Is=40mA搭接放大电路匹配前的等噪声圆和等增益圆Smith圆图噪声匹配噪声匹配后的电路噪声匹配结果后端匹配后端匹配前的S22参量和端口输入阻抗后端匹配结果S22接近于0后端匹配结果噪声系数0.691dB，等于最小噪声系数（蓝线），增益15.735dB后端匹配微调后结果2端口稍微失配，使得S11和S22均小于10dB有利于提高一些增益传输线换为微带线最终结果噪声系数0.78dB，增益15.4dB，性能变坏，不应该折中匹配前的