低噪声放大器

1、微波低噪声晶体管放大器分析与设计潘于 【摘要】：在研究了国内外微波低噪声放大器的发展历史,结合大量相关文献,分析了各种微波低噪声放大器的优缺点基础上,深入研究了微波晶体管低噪声放大器的工作机理,设计出性能指标优异的低噪声放大器。 随着计算机水平的高速发展,微波分析仿真软件层出不穷。传统的设计方法计算复杂,设计效率极低,验证结果极其困难。我们采用了最新的射频微波分析仿真软件,结合传统的放大器设计理论,从单级窄带入手,逐步过渡到多级宽带,并最后设计出超宽带低噪声放大器。设计过程中,我们选用精确的器件模型,充分地发挥了微波分析仿真软件的强大功能,大大提高了开发效率。同时我们在采用传统理论作为指导的基

2、础上,结合实际的产品制作过程在利用负反馈技术增加低噪声放大器稳定性,追求极低噪声,拓宽其工作频段方面提出了自己的一些看法。 在完成仿真设计之后。结合我所的实际工艺情况,选用通用的射频微波元件,采用混合匹配的方法,制作出性能优异的微波晶体管低噪声放大器。最后利用网络分析仪,功率计,噪声测试仪等微波测试仪器对产品进行了测试。通过对测试和仿真结果进行验证,摸索出了一条利用现代化射频微波分析仿真软件,结合具体的基本理论快速设计各种要求的微波晶体管低噪声放大器的设计方法。【关键词】：低噪声放大器 超宽带 器件模型 负反馈 稳定性低噪声功率放大器 本公司低噪声放大器系列产品频率覆盖UHF至毫米波高端。产品

3、采用分立器件或MMIC单片,专为低噪声应用而设计，产品具有各种不同的增益和带宽指标，可为用户提供多种解决方案。MMIC技术为公司保证了产品的高可靠性和指标的一致性。频率范围(GHz)噪声系数Tpy.(dB)增益Tpy.(dB)增益平坦度Tpy.(dB)P-1 Tpy.(dBm)输入/输出驻波Tpy.电源(V)可选0.83-0.961400.8101.5:1+5/+121-21.535113.52:1+5/+122-83.535213.52:1+5/+122-185353152.5:1+5/+1218-26.54302.5152.5:1+5/+1226.5-404.530313.53:1+5/+

4、1218-40520313.53:1+5/+1257-645452.5152.5:1+5/+1290-98513212.5:1+5/+12注：以上为公司部分LNA典型指标，我公司可根据用户的要求进行定制。Ka频段，窄带条件下，噪声系数3dB以下。ka波段功率放大器 1）频率：30-40Ghz; 2）输入功率：0dBm; 3）输出功率：1.5W（全频段）4）输入输出接口：K接头； 5）电源：+9V/3A。 低噪声放大器产品简介：低噪声放大器特点 低噪声放大器广泛用于接收机最前端，通常与天线相连。对接收机系统的噪声和信噪比有着极为密切的关系。 我公司研制的低噪声放大器特点 频带宽 噪声系数小 混合

5、微组装工艺，稳定性好 性价比高 温度范围宽型号频率范围GHz增益增益平坦度噪声系数P1dBdBmVSWRVCCHALA003250.52.5301dB0.8101.6+12HALA2424301.5dB0.7101.8+12HALA2828301dB1.2102.0+12HALA618618302dB1.8102.2+12HALA218218302.5dB3.5102.2+12HALA3050.03-0.5300.4dB1.1162+5VHALA5100.05-1300.5dB1.2162+5VHALA01100.1-130 1dB1.1162+5VHALA06120.6-1.2301dB1.

6、1161.9+5VHALA08140.8-1.4300.5dB1.1161.8+5VHALA12201.2-2300.5dB1.2161.5+5VHALA20272-2.7300.5dB1.1161.6+5VHALA27372.7-3.7300.3dB1.1161.6+5VHALA37423.7-4.2300.8dB1.2161.6+5VHALA42494.2-4.9300.8dB1.1131.5+5VHALA50575-5.7300.8dB1.5131.7+5VHALA59645.9-6.4300.8dB1.5131.8+5VHALA64706.4-7300.8dB1.5101.8+5VHA

7、LA70777-7.7300.8dB1.5101.9+5VHALA77837.7-8.3300.8dB1.5101.9+5VHALA83908.3-9300.8dB1.5101.9+5VHALA90969-9.6300.8dB1.5101.9+5VHALA961029.6-10.2300.8dB1.6101.9+5VHALA10.2-11300.8dB1.6101.9+5VHALA11-11.6300.8dB1.6101.9+5VHALA11.6-12.3300.8dB1.6101.9+5VHALA12.3-13.0300.8dB1.6101.9+5VHALA13.0-13.7300.8dB1

8、.6101.9+5VHALA13.0-14.3300.8dB1.6101.9+5VHALA14.3-15.0300.8dB1.6101.9+5VHALA15.0-15.7300.8dB1.6101.9+5VHALA15.7-16.4300.8dB1.6101.9+5VHALA16.4-17.0300.8dB1.6101.9+5V 以上产品可按用户具体指标定制 结构和封装形式可按用户要求设计功率放大器产品简介：功率放大器按照线性分类分为线性功率放大器和非线性功率放大器，按照工作类别分为A类放大器，B类放大器，C类放大器，其中A，B两类近似于线性放大器，C类属于非线性放大器。 功率放大器的具体指标

9、有 工作频率 功率放大器的工作频率范围，目前大功率，宽带宽功率放大器依旧是世界范围内的难题 工作效率 描述的是将直流能量转化为信号输出功率的程度。很明显效率越高，相对功耗越低，A类放大器的效率最低一般为30%，线性最好，B类放大器效率可达近50%，线性也很好，C类放大器效率最高，一般可达75%，但谐波丰富，所以线性较差。三种放大器应用领域不同，主要是看信号的调制方式。 我公司研制的功率放大器以A类居多，同时也可以根据客户要求定制其他类型的功率放大器。具体型号如下：型号频率范围GHz增益增益平坦度输出功率OIP3dBmVCCHAPA03220-1W0.03-2.2301dB147+12VHAPA

10、40230-1W0.4-2.3301dB147+12VHAPA40230-2W0.4-2.3301dB247+12VHAPA1428-1W1.4-2.8301dB145+12VHAPA2327-1W2.3-2.7300.4dB146+12VHAPA23278-2W2.3-2.7300.4dB246+12VHAPA2738-1W2.7-3.8301dB145+12VHAPA3340-2W3-4301dB240+12VHAPA4060-1W4-6301.5dB140+12VHAPA6010-1W6-10301.5dB140+12VHAPA6010-2W6-10301.5dB240+12VHAPA1

11、013-1W10-13301.5dB139+12VHAPA1013-2W10-13301.5dB230+12VHAPA1213-4W12.7-13.2301.5dB430+12VHAPA1314-3W13.75-14.5301.5dB330+12VHAPA1414-3W14-14.5301.5dB330+12V 以上产品可按用户具体指标定制 结构和封装形式可按用户要求设计】： 摘要4-5 ABSTRACT5-8 1 绪论8-13 1.1 引言8-9 1.2 微波低噪声放大器发展与分类9-12 1.3 本文的主要内容和结构安排12-13 2 微波放大电路的分析方法和组成13-28 2.1 二端口

12、网络的散射参量分析方法13-20 2.2 微波低噪声放大器电路元件等效模型分析20-27 2.3 小结27-28 3 微波低噪声晶体管放大器电路设计与实现28-51 3.1 放大器的特性指标分析28-32 3.2 单级低噪声微波放大器设计32-46 3.3 多级低噪声微波放大器设计46-50 3.4 小结50-51 4 低噪声晶体管放大器的频带拓宽及工艺实现51-63 4.1 宽带微波低噪声放大器设计51-57 4.2 低噪声放大器的工艺实现57-62 4.3 小结62-63 5 总结与展望63-65 致谢65-66 参考文献66-69 第一章 引言第一节 调查对象基本情况一、定义、特点二、应

13、用领域第二节 调查内容及方法一、调查目的二、调查方法第三节 基本结论第二章 微波低噪声放大器产品市场环境调查第一节 经济环境调查第二节 政策环境调查第三节 社会文化环境调查第四节 微波低噪声放大器产品自身发展环境调查一、产品发展生命周期分析微波低噪声放大器产品发展生命周期判断 二、产品技术成熟度分析三、产品市场开发情况第三章 微波低噪声放大器产品原材料调查第一节 微波低噪声放大器产品原材料构成调查一、主要原材料概述二、主要原材料在产品成本中的比重微波低噪声放大器产品主要原材料在产品成本中的构成比重情况 原材料名称构成比重材料1*.*%材料2*.*% 第二节 微波低噪声放大器产品主要原材料生产情

14、况一、生产规模2005-2010年6月原材料1产量增长情况 二、区域分布2010年原材料1生产区域结构分布图 三、主要厂家产能情况2010年原材料1主要厂家产能情况 序号企业名称地区产能12345 四、生产规模预测2010-2014年原材料1产量增长预测 第三节 微波低噪声放大器产品主要原材料价格走势调查一、历年价格走势分析2003-2010年6月原材料1价格走势 二、原材料价格走势影响因素调查三、价格走势预测2010-2014年原材料1价格走势预测 第四节 微波低噪声放大器产品新材料应用情况概述 第四章 微波低噪声放大器产品生产技术调查第一节 微波低噪声放大器产品生产技术发展调查一、技术发展

15、历程二、主要生产工艺及流程第二节 微波低噪声放大器产品重点企业技术工艺调查序号企业名称技术工艺优势12345 第三节 微波低噪声放大器产品技术发展趋势展望第五章 微波低噪声放大器产品生产情况调查第一节 微波低噪声放大器产品生产规模调查2003-2010年6月微波低噪声放大器产品产量增长情况 第二节 微波低噪声放大器产品生产区域分布调查2010年微波低噪声放大器产品生产区域结构分布 第三节 微波低噪声放大器产品主要细分产品结构调查2010年微波低噪声放大器产品细分产品产量构成 序号细分产品产量百分比1234 第四节 微波低噪声放大器产品主要厂家产能调查2010年微波低噪声放大器产品主要厂家产能情

16、况序号企业名称地区产能12345 第六章 微波低噪声放大器产品消费情况调查第一节 微波低噪声放大器产品消费领域调查一、主要应用领域调查二、主要应用领域产品需求特点三、主要应用领域产品需求结构2010年微波低噪声放大器产品应用领域产品需求结构序号应用领域消费量百分比1234 第二节 微波低噪声放大器产品消费区域调查一、消费区域结构分布2010年微波低噪声放大器产品消费区域结构分布 二、主要区域消费能力调查第三节 微波低噪声放大器产品市场需求总量调查2003-2010年6月微波低噪声放大器产品需求增长情况 第四节 微波低噪声放大器产品消费者调查一、消费者构成二、消费者产品消费习惯三、消费者对产品的

17、期望第七章 微波低噪声放大器产品价格调查第一节 微波低噪声放大器产品产品价格走势调查一、历年走势调查2003-2010年6月微波低噪声放大器产品价格走势 二、价格走势影响因素第二节 微波低噪声放大器产品产品价格认知度调查一、用户对产品价格的满意度二、用户对产品价格的期望第三节 微波低噪声放大器产品产品价格走势预测2010-2014年微波低噪声放大器产品价格走势预测 第八章 微波低噪声放大器产品市场竞争调查第一节 微波低噪声放大器产品品牌竞争调查一、主要品牌介绍微波低噪声放大器产品主要品牌情况 序号品牌主要产品品牌优势12345 二、主要品牌竞争格局第二节 微波低噪声放大器产品主要竞争者调查一、

18、经营理念二、组织结构三、销售渠道架构四、市场占有率微波低噪声放大器产品主要品牌市场占有率情况序号品牌市场占有率12345 四、风险抗御能力五、财务数据第九章 微波低噪声放大器产品替代产品调查第一节 微波低噪声放大器产品替代产品基本情况一、定义、特点二、应用领域第二节 微波低噪声放大器产品替代性调查一、替代产品生产规模2003-2010年6月替代产品产量增长情况 二、替代产品优势分析三、替代性评价第十章 微波低噪声放大器产品发展趋势分析第一节 微波低噪声放大器产品市场规模预测一、生产规模预测二、需求规模预测第二节 微波低噪声放大器产品应用行业需求趋势分析第十一章 微波低噪声放大器产品投资机会分析

19、第一节 微波低噪声放大器产品投资前景展望第二节 微波低噪声放大器产品投资风险分析第三节 微波低噪声放大器产品投资热点及投资方向第十二章 微波低噪声放大器产品市场调查综合结论第一节 微波低噪声放大器产品发展机会与威胁第二节 微波低噪声放大器产品重点企业投资收益 第三节 微波低噪声放大器产品市场发展综合结论 微波晶体管低噪声放大器的设计与实现微波晶体管低噪声放大器的设计与实现论文摘要: 微波低噪声放大器是接收机前端的关键部件,已广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及各种高精度的微波测量系统.其性能好坏直接影响到了整个接收系统的性能,因此研制出性能优良的低噪声放大器是至关重要的（略）文主要研究微波晶体

20、管低噪（略）计与实现.首先介绍了低噪声放大器的设计理论,包括微波晶体管的分析、低噪声放大器的技术指标以及设计中的电磁兼容考虑.然后采用Agilent公司的Advanced Design System(ADS)软件进行低噪声放大器的仿真与优化设计. 本文首先设计（略） 5.0 GHz低噪声放大器,根据增益要求采用两级结构来实现,第一级采用噪声最佳匹配设计,第二级采用高增益、同时兼顾噪声的MMIC低噪声模块设计.（略）B设计的一般准则采用AutoCAD进行版图设计,通过ADS原理图和Momentum版图的联合仿真,验证布局设计的准确性.最后进行加工调试,实测性能指标满足设计要求.另外设计了一款1.

21、72.0 GHz低噪声放大器,在设计中通过源极串联电感负反馈提高放大器的稳定性,采用LC元件设计匹配网络.由于集总元件参数在频（略）的分布效应,分析了其高频等效电路.采用.Microwave low-noise amplifier (LNA) is a key component of front-end of receiver, w（omitted）dely used in microwave communication, radar, electronic countermeasure and every kind o（omitted）n microwave measurement sys

22、tem. It is essential to develop LNA with excellent performan（omitted） its performance has a direct impact on the performance of the entire receiving system. This pape（omitted）tudies the design and implementation of the low-noise amplif（omitted） of all the article introduces the design theo.目录:摘要 第3-

23、4页 Abstract 第4页 第1章 绪论 第7-11页 微波低噪声放大器的研究意义 第7页 发展现状 第7-8页 本文的工作 第8-11页 第2章 微波低噪声放大器的设计理论 第11-27页 微波晶体管分析 第11-13页 微波晶体管的分类 第11页 场效应管 第11-12页 双极晶体管 第12-13页 低噪声放大器的技术指标 第13-24页 噪声系数 第13-15页 功率增益 第15-17页 增益平坦度 第17页 端口驻波比和反射损耗 第17-18页 非线性 第18页 动态范围 第18-19页 稳定性 第19-24页 设计中的电磁兼容考虑 第24-27页 屏蔽 第24-25页 电源滤波

24、第25页 合理布局与接地 第25-27页 第3章 C 波段低噪声放大器的设计 第27-43页 设计目标 第27页 设计方案 第27-29页 多级阻抗匹配放大器的级联 第27-28页 直接阻抗匹配的级联放大器 第28-29页 设计思路 第29页 设计流程 第29-41页 晶体管和基板的选取 第29-30页 直流偏置网络的设计 第30-31页 稳定性设计 第31-32页 匹配网络设计 第32-34页 电路整体优化 第34-35页 第二级MMIC 放大器设计 第35-36页 版图设计 第36-37页 电磁仿真和联合仿真 第37-39页 电路加工与测试 第39-41页 设计总结 第41-43页 第4章

25、 L 波段低噪声放大器设计 第43-51页 设计目标 第43页 仿真设计 第43-50页 晶体管的选择和直流偏置网络的设计 第43-45页 稳定性分析设计 第45-47页 匹配电路设计 第47-49页 整体仿真 第49-50页 低噪声放大器的测试 第50-51页 第5章 宽频带低噪声放大器设计 第51-67页 宽带化低噪声放大器设计方法 第51-55页 平衡式放大器 第51-52页 反馈式放大器 第52-53页 有损匹配式放大器 第53页 分布式放大器 第53-54页 有源匹配式放大器 第54页 几种宽频带放大器比较 第54-55页 宽带平衡式低噪声放大器设计 第55-62页 平衡式放大器原理

26、 第55-56页 平衡式放大器中的耦合器设计 第56-59页 平衡式放大器的设计 第59-60页 平衡式放大器测试 第60-62页 宽带负反馈放大器设计 第62-67页 负反馈放大器原理 第62-63页 负反馈放大器的设计过程 第63-66页 负反馈放大器的测 本论文转载于论文天下：/product.sf.1/ 低噪声放大器动态范围扩展的理论和方法研究本论文转载于论文天下：/product.sf.1/论文摘要: 动态范围是描述接收机接收能力的一项重要指标,大的动态范围能够给（略）好的抗干

27、扰和抗衰落能力.本论文分析了常见接收机模拟前端的内部结构,通过对噪声系数和三阶互调截止点的分析,论证了位于模拟前端最前级的LNA(低噪声放大器)是限制模拟前端动态范围的瓶颈之一. 本论文深入研究了微波双极型晶体管的特性,分析得出晶体管的噪声性能（略）置电流变化的变化趋势.然后基于此分析成果提出了两套扩展LNA动态范围的方法,两套方法都能够同时扩展动态范围的上下限,避免了以往方法以（略）度为代价来换取线性度的提高. 本论文的主要创新点为: 1.在已有的微波晶体管噪声模型的基础上,推导出利用更易测量的参数计算最小噪声系数的表达式,在理论层面定性地分析了噪声系数随偏置电流的变化情况.通过对两款不同公

28、司的晶体管测试,验证了最小（略）式和理论分析成果. 2.利用Volterra级数法推导出共发射极双极性晶体管放大器的非线性传递函数,并得到放大器的IIP3(输入三阶互调截止点)随偏置电流的变化情况.论文还通过双音测试对理论分析结（略）. 3.提出了采用动态偏置的方法扩展LNA的动态范围,.Dynamic range plays a key role in adaptability of receiving signals with different po（omitted） in a receiver. The larger the dynamic range is, the better a

29、nti-interf（omitted） anti-fading performance the receiver（omitted）ve. This dissertation firstly investigates the underlying structure of RF front-end at the receiver and, through analyzing the NF (Noise Figure) a（omitted）nput Third-order Intercept Point), proves that th（omitted） Noise Amplifier), loc

30、ated at the front of RF front-end, is one of the bot.目录:中文摘要 第3-4页 ABSTRACT 第4-5页 目录 第6-10页 第1章 绪论 第10-22页 研究背景 第10-13页 大动态范围是无线通信的实际需求 第10-11页 数字接收机的结构 第11-12页 扩展动态范围的瓶颈 第12-13页 课题来源 第13-15页 国外研究动态 第15-19页 ADC 的研究动态 第15页 扩展射频前端动态范围的研究动态 第15-16页 扩展LNA 动态范围的研究动态 第16-19页 国内研究动态 第19-20页 动态范围理论研究 第19页 射

31、频前端动态范围的研究动态 第19-20页 本论文创新点 第20-21页 本论文结构 第21-22页 第2章 接收机动态范围的相关理论知识 第22-44页 双端口网络及其相关知识 第22-24页 散射参数 第22-23页 阻抗匹配的意义及阻抗变换网络 第23-24页 电路的噪声指标 第24-29页 噪声系数的定义 第25页 二端口网络的En-In 模型 第25-26页 最佳源阻抗及噪声匹配 第26-27页 无源有耗网络的噪声系数 第27-28页 多级线性网络级联的噪声因数 第28-29页 放大器的非线性特性的影响及表征 第29-35页 非线性失真的产生原因 第29-30页 互调失真和三阶互调截止

32、点 第30-33页 级联网络的三阶互调截止点的计算 第33-35页 利用Volterra 级数分析非线性电路 第35-41页 Volterra 级数方法简介 第36页 Volterra 级数的时域表示形式 第36-38页 Volterra 级数的频域表示形式 第38-39页 谐波输入法求解非线性传递函数 第39-41页 动态范围 第41-43页 本章小结 第43-44页 第3章 扩展动态范围方法的理论分析 第44-55页 概述 第44-45页 无线信道的一般特性 第45-47页 影响无线信号传输的各种因素 第45页 信道模型及接收信号功率的衰落特性 第45-46页 本课题接收机的动态范围指标

33、第46-47页 扩展动态范围的思路 第47-50页 扩展动态范围方法的分类 第47页 两类扩展动态范围方法的比较 第47-49页 搬移瞬时动态范围的门限值设定 第49-50页 LNA 对于扩展动态范围的瓶颈效应 第50-52页 LNA 对于整体噪声系数的影响 第51-52页 LNA 对于整体IIP3 的影响 第52页 改进LNA 及其周边电路的具体方法 第52-54页 改善LNA 的性能 第53页 减小输入LNA 的信号强度 第53-54页 本章小结 第54-55页 第4章 晶体管模型及其特性随偏置变化情况 第55-86页 概述 第55-56页 晶体管类型选择 第56-57页 BJT 的噪声系数随偏置的变化情况 第57-72页 BJT 噪声的研究动态 第57-58页 BJT 的噪声系数计算 第58-60页 BJT 的噪声系数随偏置的变化情况 第60-64页 实验验证 第64-71页 封装对噪声系数的