基于awr的滤波低噪声放大器一体化设计

滤波器和低噪声放大器的,在宽带低噪声放大的同时具有较好的带外抑 InthegeneraldesignofimpedancematchingnetworkofLowNoiseAmplifier,whatpeoplecaredforistominimizethenoisefigureandizethepowertransfer,sotheLNAcansuppresssidebandefficiently.Inthispaper,aFilter-LNAisdesigned.TheFilter-LNAwitchintegratedthefilterandLNAhaseffectsofLNAandsidebandsuppressionbyimprovingthematchingnetwork.ThecenterfrequencyoftheFilter-LNA,cascadedwithtwostages,isset2.5GHz.Itshowshighgain(35.5dBascircuitsimulationresult,and33dBasEMsimulationresult)andlownoisefactor(1dBascircuitsimulationresult,and1.4dBasEMsimulationresult)in400MHzbandwidth.Moreover,itachievesgoodsidebandsuppressionproperty.Thedesignistotally plishedbyAWR.Itexhibitsquiteafewexcellentqualitiesandfriendlyoperationpanels,whichwillbeshownandintroducedthroughtheprocessofdesignandsimulation.:LNA;filter;integrateddesign;I111.1低噪声放大器11.2噪声理112 微波低噪声放大器的主要设计指444671.3.581.3.6功81.3.7稳定8第2章滤波低噪声放大器设计——单级设92.1设计方.22.1.32．2AWR的单LNA设计2.2.1直流工作点设置及偏置电路设.32.3LNAAWR仿真结2.3.23章级联低噪声放大AWR仿真测3.1LNA仿真结果_S3.2LNA仿真结果_噪声系第4章PCB版图及LNA实物 PCB版 实物 第5章AWR软件特色及使用心 MCROSSX$的应 MTRACE2的应 INET的使 EM仿真（AXIEM仿真 效果 设计参数监视 第6章项目总 1低噪声放大器（LNA,low-noiseamplifier）是噪声系数很低的放大器。一般因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比程F来表示。理想放大器的噪声系数F=1（0分贝），其物理意义Te可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。放大器的噪声系数NF i SNRSNRiSNRoNFdB10log SNRiSi/ SNRoGPSi/GPkT0Te NF

1

TeNF 由上式可知，等效输入噪声温度TeF成线性关系。在应用图1-1 Te2NoNo1No2G1kT0BG1kTe1BG1G2kBT0Te1

G

1T 1F

F2

GGTe

GG FFF21F31 G

ffH BfH

PIN晶体管或匹配网络的输入功率。PLPAVS信源资用功率。PAVN网络资用功率。T T

PPA A

利用信号流图（图1-3）来推导各功率表达式，再代入式1 1

22 1 1 1 221 1S 1

11

，

S12S21S 1 1S22 11输入、输出电压驻波

由上述分析可知，低噪声放大器的输入端总是存在着某种失配，如图1-

2 Za ZaZo令

2

1

IN

11

1 1

同样可得输出端的输出电压驻波L卜,(VSWR)OUT

11

11

动态范围与线性

NFkT0f 图1-5IP3与P1dB输入输出功稳定in1,out 第2章滤波低噪声放大器设计——单级设从本章起将详细介绍应用AWR软件进行滤波低噪声放大器设计的方LNALNA设计思虑带外抑制的要求,主要考虑的是实现最佳噪声和输出功率匹配,因而带外抑制图2-1有带通滤波特性的匹配网络,如图2-2所示。 设计指

图2-2功率增益：>放大管选AWR的单LNA根据MGA-635P8的datasheet，我们设置晶体管的漏极电流为55mA，偏置压VDD为5V由此，我们设计出了该LNA的偏置电路如下图稳定性分

图2-3LNA直流偏置电路匹配电路

图2-4MGA-635P8稳定性判定因图2-5输入匹配网 图2-6输出匹配网Sopt0.2j 再由outS22S12S21S/1S11S out0.27j 性能良好，不仅带内插损小，而且实现了预期的滤波效果：在低阻带1.8GHz和高阻带3.5GHz实现了带外衰减30dB。根据以上设计过程，得到最终的单级LNA原理图，如图2-8图2-8LNALNAAWRS参数仿图2-9S参数_噪声系数

图2-10S参数_EM图2-12_EM从图2-11和图2-12可以看出，该电路的噪声系数较为理想，电路仿真的3章级联低噪声放大器AWR仿真测较为理想。为了实现更高的增益，两级LNA进行级联，如图3-1。功率增益：>LNA仿真结果_S参3-2可以看出，级联LNA的增益(S(2,1))可以达35.9dB，输入端回波损耗(S(1,1))小于-10dB，中心频率处达到-20dB，驻波性能良好。3-3显示带内增益性，实现了滤波放大的设计预期。EM3-43-2相比，EM仿真结3-2LNAS参数_3-3LNA3-4LNAS参数_EM级联LNA仿真结果_3-51dB3-6中，噪声系数稍大，但依然控制在通过以上仿真结果可以证明，该级联A的整体性能较好，在增益、驻波比、噪声、增益平坦度以及滤波性能上都得到了较为理想的结果，符合设计要求。4PCB版图LNA实物AWR的仿真工作之后，我们对单级LNA进行了PCB版图设计以及PCB版本项目的介质基板选用了Rogers的RO4003，介电常数3.55，基板厚度0.508mm4-14-2LNALNA的最终印制电路版图。其中单级尺寸74.3mm×33.3mm，级联尺寸图4-1单级低噪声放大器PCB图4-2级联低噪声放大器PCB实物4-1的PCB步验证了AWR软件仿真的真实性和可靠性。5AWR软件特色及使用心用到的AWR软件的相关特色功能。MCROSSX$的应MCROSS的四个端口的宽度。简化了设计流程。同时，尾部MTRACE2的应 5-3iNETEM仿真（AXIEM仿真AWR的电磁仿真功能非常强大，而且运算速度很快，相比较于其他软件，EM的仿真速度快，操作简单，且与电路仿真差别不大。5-4是在EM仿真过效果AWR的另一个特色就是效果图，它使用户在仿真过程中能够很直观的看到实物的效果，如图5-6和图5-7所示。5-65-73D5-8AWR软件相对于其他同类射频电路仿真软件具有很多独特的优势，以上仅6本项目通过滤波低噪声放大器设计，实现了