工作在1-4GHz的微波低噪声放大器(LNA)主要应用于遥测遥控领域。正因为探测对象的信号频率处于未知范畴,且往往侦察探测对象的频率范围也是系统工作内容之一,要满足需求就必须使用频率范围较宽的射频接收机,放大器作为接收机的关键器件必须能良好工作于宽频。然在不断地拓宽频带的过程中,微波有源器件的特性会产生较大变化,导致设计一款具备良好工作性能的宽带放大器困难重重。其主要原因在于较宽的频率范围内微波晶体管的散射参数会发生较大变化,正向电压传输系数(S21)随频率上升呈减小趋势,反向电压传输系数(S12)则随频率上升呈增加趋势,这就导致在整个频带内电路的输出功率不稳定;并且S12和S21的变化导致稳定圆也随频率发生变化,即很难保证全频带内放大器仍满足绝对稳定的条件,甚至会引起到电路的功率增益和噪声系数发生改变;另外,为了保证放大器输出功率的平稳性,就需要针对散射参数的变化进行有效补偿,通常设计者会采用输入和输出匹配网络来解决这个问题,从而使放大器能有平坦的功率增益的输出。所以,不同于窄带放大器的设计过程,宽带微波放大器的设计难点就在于如何展开频带的同时保证系统性能的稳定。
另外,用于超远程侦察的雷达需要较高的灵敏度,提高低噪声放大器的灵敏度才可能增加侦察的距离。因此,设计性能优良的宽带低噪声放大器具有很高的学术意义以及重要的的工程应用价值。
1。2 国内外放大器的发展现状
1。3 本文主要内容及安排
本文介绍了宽带低噪声放大器的理论基础、设计方法以及发展现状等,具体提出了放大器的工作原理以及放大器的几个重要技术指标,详细介绍了运用ADS2014的具体设计步骤以及对遇到的困难的分析等等。本文大纲如下:
第一章-引言。主要介绍了低噪声放大器的发展历史、研制现状以及研究意义,并提到了目前国际上对于宽带低噪声放大器已经取得的成果。
第二章-介绍了低噪声放大器的工作原理,并介绍了放大器的主要参考指标,分析了放大器的各个性能指标对射频接收机整体工作性能产生的影响,同时介绍了放大器设计中着重考虑的问题。
第三章-介绍了利用ADS2014设计宽带低噪声放大器的具体过程,并列出了所设计的原理图以及仿真图像,对于仿真结果的分析以及对调试电路的方法。
第四章-对全文的总结和展望。
2 宽带低噪声放大器基础理论与设计方法
2。1 放大器的主要指标
2。1。1 噪声系数
对于一个线性无源二端口网络,信号在传输的过程中会产生损耗,即噪声,从而对接收端的信号造成随机的影响。而网络中包含晶体管等有源器件时,就存在更多噪声的来源。一般认为,热噪声、散粒噪声和闪烁噪声组成了放大器的最主要的噪声。对一个二端口网络的性能进行评估时,噪声系数是最重要的参考指标之一,它表明了一个电路的性能好坏。噪声系数的通常定义为:
(2-1-1)
式中,NF为电路的噪声系数;、 分别为输入端、输出端的噪声功率;、分别为输入端、输出端的信号功率。噪声系数的物理意义是:信号经过放大器,由于放大器的噪声干扰,致使信噪比恶化,我们将信噪比减小的倍率称为噪声系数,通常用分贝表示:论文网
(2-1-2)
对于多级放大器,噪声系数可表示为: