1、 I 摘摘 要要 快速发展的无线通信对微波射频电路如低噪声放大器提出更高的性能。 低噪声放 大器(LNA)广泛应用于微波接收系统中，是重要器件之一，它作为射频接收机前端的 主要部分，其主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系 统解调出所需的信息数据。它的噪声性能直接决定着整机的性能，进而决定接收机的 灵敏度和动态工作范围。而近年来由于无线通信的迅猛发展也对其提出了新的要求， 主要为：低噪声、低功耗、低成本、高性能和高集成度。所以本论文针对这一需求， 完成了一个2.45GHz无线射频前端接收电路的低功耗低噪声放大器的设计。 本文从偏置电路、噪声优化、线性增益及输入阻抗匹配等
2、角度分析了电路的设计 方法，借助 ADS 仿真软件的强大功能对晶体管进行建模仿真，在这个基础上对晶体 管的稳定性进行了分析，结合 Smith 圆图，对输入输出阻抗匹配电路进行了仿真优 化设计，设计了一个中心频率为2.45GHz、带宽为100MHz、输入输出驻波比小于1.5、 噪声系数小于2dB和增益大于15dB的低噪声放大器。 关键词：关键词：微波；低噪声放大器；噪声系数；匹配电路；ADS 仿真 II ABSTRACT Rapid growth of wireless data communications has increased the demand for high performan
3、ce RF low-noise amplifier; noise figure; matching circuit; ADS simulation 目 录 1 引引 言言 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 低噪声放大器简介 2 1.3 低噪声放大器的发展现状 2 1.4 本课题的研究方法及主要工作 3 2 低噪声放大器理论综述低噪声放大器理论综述 5 2.1 史密斯圆图 5 2.2 S 参数 . 6 2.3 长线的阻抗匹配 7 2.3.1 微波源的共轭匹配 . 7 2.3.2 负载的匹配 . 8 2.3.3 匹配方法 . 8 2.4 微带线简介 8 2.5 偏置电路 9 3 低噪声放大器的
4、基本指标低噪声放大器的基本指标 10 3.1 工作频带 10 3.2 带宽 10 3.3 噪声系数 11 3.4 增益 12 3.5 稳定性 12 3.6 端口驻波比和反射损耗 13 4 低噪声放大器设计仿真及优化低噪声放大器设计仿真及优化 15 4.1 指标目标及设计流程 15 4.2 选取晶体管并仿真晶体管参数 15 4.3 晶体管 S 参数扫描 17 4.4 放大器的稳定性分析 19 4.5 设计输入匹配网络 21 4.5.1 匹配原理 21 4.5.2 计算输入阻抗 23 4.5.3 单支节匹配电路 23 4.6 设计并优化输入输出匹配网络 25 结结 论论 . 30 参考文献参考文献
5、 . 32 致致 谢谢 . 34 天津职业技术师范大学 2012 届本科生毕业设计 1 1 引 言 1.1 课题研究背景 微波和射频工程是一个令人振奋且充满生机的领域，主要由于一方面，现代 电子器件取得了最新的发展；另一方面，目前对语音、数据、图像通信能力的需 求急剧增长。在这一通信变革之前，微波技术几乎是国防工业一统天下的领域， 而近来对无线寻呼、移动电话、广播视频、有绳和无绳计算机网络等应用的通信 系统需求的迅速扩大正在彻底改变工业的格局。这些系统正在用于各种场合，包 括机关团体、生产制造工厂、市政基层设施，以及个人家庭等。应用和工作环境 的多样性伴随着大批量生产，从而使微波和射频产品的低
6、成本制造能力大为提 高。这又转而降低了大批新型的低成本无线、有线射频和微波业务的实现成本， 其中包括廉价的手持 GPS 导航设备、汽车防撞雷达，以及到处有售的宽带数字服 务入口等。 在这些纷繁的无线设备中，低噪声放大器(LNA)是必不可少的关键部件，它 应用于移动通讯、光纤通讯、电子对抗等接收装置的前端，它的噪声、增益等特 性对系统的整体性能影响较大， 其性能的好坏对整个装置的使用都有相当大的影 响，因此低噪声放大器的设计是通讯接收装置的关键。 随着微波、毫米波技术的迅速发展，微波通信、导航、制导、卫星通信以及 军事电子对抗战和雷达等领域对射频放大模块的需求量也越来越大。 特别是由于 无线电通信频率资源的日益紧张，分配到各类通信系统的频率间隔越来越密，这 对接收系统前端的器件，尤其是低噪声放大器，提出了更高的要求，以减小不需 要的干扰因素，放大接收到的有用信号。另一方面，由于新材料、新工艺的不断 出现，以及半导体技术的迅速发展，各种新的射频模块层出不穷，使得微波、毫 米波有源电路的研制周期不断缩短，且电路集成度越来越高，体积越来越小。 因此，为了适应未来形势的发展需要，我们
