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摘 要

本文首先介绍了放大器的基本理论基础，包括放大器各种指标及其意义、放大器的基本设计原理、设计步骤、阻抗匹配的方法，并给出了几种常见的宽带放大器实现方法。

然后，本文详细介绍了设计一个0.5MHz-2GHz的微波宽带低噪声放大器的详细过程。本文使用Avago Technologies的 ATF-54143 晶体管，采用负反馈的方式，使用两级级联，通过输入输出匹配网络的设计，完成了本次设计。其中输入输出匹配网络是本次设计难点和重点，本文中输入网络使用两级L型电路级联，输出网络使用一级L型电路来实现匹配。本次设计的低噪声放大器工的直流工作点是4.3V@14mA，增益在27dB上下，而且带内平坦度为0.5dB，S11和S22都小于-10dB，噪声系数小于1.5dB，输出1dB压缩点就是18dBm，所有指标都达到了最初预定的要求。

关键词：低噪声放大器、ADS、负反馈、匹配网络

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF BROADBAND LNA

Jiang Zhan 04012432

Supervised by Xintai Zhao

ABSTRACT：RF and microwave technology has been widely used in wireless communication, broadcasting, medical, and other areas of science. Low noise amplifier (LNA) is one of the most basic, one of the most important devices. Researching LNA still has great realistic significance.

Firstly, this paper introduces the basic theory of LNA, including some indicators of LNA, its significance, the basic design principle and design steps of the amplifier, the impedance matching method, and analyzes the structure of several common broadband amplifiers.

Then, we design a 0.5-2GHz broadband LNA based on these theory with the software ADS. The transistor we use in this paper is ATF-54143 of Avago Technologies. We choose negative feedback method to broad the band and make the LNA work at stable station. To get the gain we need, a two stage cascade amplifier structure is necessary. The input and output network helps a lot to satisfy all the indicators and it is also the difficulty of this design. The input network uses two levels of cascading L circuit, while the output network uses one L circuit. The final broadband LNA we design work on the 4.3V@14mA DC operation point. The gain of it is about 27dB and the gain flatness is less than 1dB.The noise figure is less than 1.5dB.The reflection coefficient of input and output both is less than -10dB, thus the VSWR is less than 2.The broadband LNA we design has perfectly satisfied all the indexes.

KEY WORDS: broadband LNA, ADS, negative feedback, matching network

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2论文结构 2

第2章 放大器理论基础 3

2.1 噪声理论 3

2.1.1等效噪声温度 3

2.1.3 噪声系数 4

2.2增益和增益平坦度 5

2.2.1二端口网络的S参数 5

2.2.2 二端口网络的增益 6

2.2.3 晶体管放大器电路增益 9

2.2.4 驻波比 10

2.3 稳定性 10

2.4动态范围和3阶截断点 11

2.5 匹配电路设计 13

第3章 宽带低噪声放器 15

3.1 平衡放大器 15

3.2 分布放大器 15

3.3 负反馈放大器 16

第4章 宽带低噪声放大器设计 18

4.1 设计指标 18

4.2晶体管的选择和直流工作点的确定 18

4.3 稳定性和负反馈设计 21

4.4 匹配电路设计 23

4.5加入传输线后的仿真和结果 28

4.6 放大器两级级联 30

4.7 版图、原理图联合仿真 32

第5章 总结和展望 35

致谢 36

参考文献........................................................................................................................................37

第1章 绪论

1.1引言

微波低噪声放大器作为射频系统接收机前端组件，它能够放大有用信号和抑制噪音从而提高系统的灵敏度。近年来，随着移动通信、卫星通信、微波测试设备等要求体积小、宽带、低噪声，所以市场高度需求更高的频带、更低噪音和更大带宽的微波晶体管放大器。相比传统的窄带放大器，设计宽带放大器是截然不同的，提供更多挑战，比如宽带输入匹配的最小化回波损耗，充分和平坦的增益，低噪声系数(NF)、低功耗和良好的线性^[1]。然而，它是很困难的，同时满足这些指标，和权衡他们之间也成为了焦点。

在现代移动通信设备中，许多服务通常都是并行接收的，因此接受各种各样服务的接收机必须能够工作在不同频率的不同信号上。他们必须能工作在绝大多数的各式服务设备上，比如移动手机通信或者无线和电视广播、导航。例如，美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯全球卫星导航系统(GLONASS)和欧洲的“伽利略”系统，通常都是用来确定设备、卡车、航空器、船只等的实际具体位置。所有这些系统都是工作在L波段中的1.1~1.6GHZ频段。导航接收机的线性度和稳定性需要能够维持连接，特别是当它被用在有来自移动手机的强干扰信号的恶劣环境中。在整个L频段中，低噪声和宽频带工作性能对于微弱卫星信号的接收时是不可缺少的。当然，为了延长电池使用寿命，低功耗也是不可缺少的。

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