《低噪声放大器》原理与设计

1、第一、第六个低噪声放大器设计，放大器是射频和微波电路中最基本的活动电路模块。常用放大器是低噪声放大器、宽带放大器和功率放大器。牙齿过程中只讨论低噪声放大器和功率放大器。牙齿讲座以低噪声放大器为对象。2，放大器规格噪声系数和噪声温度，3，放大器规格噪声系数和噪声温度，4，放大器规格功率增益，5，功率增益和噪声系数，6，放大器规格增益平整度，7，放大器规格工作频带，噪声系数是主要指标，在宽带情况下很难获得极低的噪音，因此低噪声放大器的工作频带通常是操作频带意味着功率增益不仅是满足平整度要求的频带范围，而且整个频带内噪声满足要求，提供每个频率的噪声系数。8，放大器规格动态范围，9，放大器规格通信端口

2、驻波比和反射损耗，低噪声放大器主要指标是噪声系数，因此输入匹配电路根据噪声设计得最好，使驻波偏离最佳匹配状态，因此驻波比不好。此外，由于微波场效应确定或双极晶体管，增益特性通常随频率的提高而降低，根据每倍频6dB定律，为了获得工作频带内的平坦增益特性，输入匹配电路和输出匹配电路均为无功率电阻电路。为了保持频带内增益平坦，只能以低频不平衡来降低增益，因此通信端口驻波比必须随着频率的降低而提高。10，放大器的稳定性，11，输入，输出匹配电路放大器的一般表示，如果只对放大器的外部特性感兴趣，则可以将放大器用作2通信端口网络。输入、输出之间的关系可以分别表示为输入通信端口P1面的标准化入射波、反射波电

3、压。A2、B2是输出通信端口P2面的标准化入射波、反射波电压。12，1，增益和负载相关，输入/输出匹配时的最大输出匹配电路和输出匹配电路将微波设备的输入阻抗Zin和输出阻抗Zout标准系统阻抗Z0(例如Zin=Z0，Zout=Z0(或S=1*，L=2)相反，要有一定的不平衡，才能最好地实现噪音。在MES FET(金属半导体场效应电晶体)中，内部噪声源包括热噪声、闪烁噪声和信道噪声。这种类型的噪声相互影响，集成结果可以总结为两种茄子等效噪声源：FET门口的栅极检测噪声和泄漏口的泄漏噪声。两个牙齿等效的噪声源也是相关的。如果FET输入通信端口(即P1面)不匹配，则可以通过调整栅极检测噪声和漏噪声之

4、间的相位关系，使其在输出端口徐璐抵消，从而降低噪声系数。双极晶体管也有相同的机制。分析表明，为了获得最小的FET固有噪波，从FET输入通信端口P1观察源方向的反射系数具有表示为out的最佳值。在改变输入匹配电路以渲染S=out时，放大器具有最小噪声系数Nfmin，称为最佳噪声匹配状态。14，在圆图中，表示噪声源和增益源，例如噪声和增益，如果输入和输出不匹配，则增益减少。负载是复数的，因此可以徐璐在其他负载下取得相同的输出。在圆图中，分析的等增益线称为圆，牙齿圆称为等增益圆。如果输入匹配电路不能使源反射系数S和最佳反射系数opt(噪声系数最小的反射系数)相等，则放大器噪声增大。S是复数的，因此，

5、如果S值不同，可以得到相同的噪声系数。在圆图中，噪声系数等值线称为圆，即等噪声源。，15，圆图上表示噪声和增益等噪声源等增益源，等噪声源，等增益源是我们设计I/o匹配电路，特别是输入匹配电路的基础。16，低噪声放大器设计的依据和程序：满足规定的规格噪声系数(或噪声温度)的功率增益增益平面度工作带动态范围2。输入和输出是标准微带线，特性阻抗共50个阶段。放大器系列电晶体选择电路拓扑电路初步设计CAD软件设计，最优化，模拟，17，电路设计原则输出匹配电路设计的重点是提高放大器增益，out=Z0 (L=2*)是满足稳定性条件的结构流程，18，电路设计基本电路模块，输入匹配电路模块输出匹配电路模块低噪

6、声，19，输入匹配电路要求，要求：Zout=Zopt out=opt，20，输入匹配电路结构类型，并行导纳匹配电路阻抗转换匹配电路，21，微带电路拓扑选择原则，(1)微波的高频频带(3)相反，在S11牙齿Smith圆的半平面上时，最好使用电容器微带装置。(4)在微波电晶体输入的总阻抗较低的情况下，即S11位于史密斯原图2，3象限，微带转换器必须使用高特性阻抗的微带线路。相反，S11位于史密斯原图1，4相时限，为了高输入阻抗，微带转换器必须采用低特性阻抗微带线路。22，输入匹配电路拓扑选择原则，上述微带匹配电路的各种基本单位。需要注意的是，实际放大器具有一定的工作频带，当频率不同时，微波具有不同

7、的输入阻抗(例如S11)。理论上，在一个频率点上，多个阻抗可以与实数源阻抗匹配，但在整个频带内多个频率点上的多个阻抗不能与实数源阻抗匹配。因此，这种各种匹配电路形式经常综合运用。根据上述原则，根据输入阻抗(即，在S11中)，可以将微波管的适当电路概括为图6-8。图中，微带线宽表示微带线特性阻抗的高或低，线越宽，特性阻抗越低。这里说的高特性阻抗是指高于50，反之是指低于50。图6-8具有适合于徐璐其他S11的微波晶体管的匹配电路结构，23，输入匹配电路示例，24，级别间匹配电路的基本要求。基本任务是将后微波输入阻抗与前微波管道输出阻抗相匹配，从而获得巨大的收益。达到级间共轭匹配时，必须具有Zin

8、=ZT1* Zout=ZT2*，图6-10放大器的级间匹配电路。级别间匹配电路是电阻匹配，因此输入和输出都必须匹配轭。如果级间电路是级1微波管后的电路，则除增益匹配外，还存在两个茄子要求。(1)设计为低噪声，应考虑到级别2的足够低噪声(2)牙齿级别1输入驻波比。25，级别间匹配电路2级要有低噪音设计，2级要有低噪音设计，2级要有足够低的噪音。随着技术的发展，一级微波放大的噪音越来越低。相比之下，2级噪音对整个机器的噪音增值更为明显。例如，级别1噪声温度T1=25K (FdB=0.36dB)级别1相关增益G1=12 (G=11dB)级别2噪声温度T2=120K (FdB=1.5dB)。如果级别2

9、设计为低噪音，则T2=40K，整体机械噪声温度T=25 40/12=28.3K，则整体机械噪声温度仅增加3.3K。因此，对于要求高的低噪声放大器，应设计为2级低噪声。26，在级别间匹配电路二次设计中，级别1输入驻波比，级别1设计在最佳噪声匹配状态下，放大器输入驻波比将不好。利用微波管反向传输系数S12，可以适当地调整图6-10所示的第一微波管的输入反射系数O1。反射率O1是表达式，1=(Zin-Z0)/(Zin Z0)是级别之间匹配电路输入的反射率。Z0=50。在级别之间匹配电路设计时，可能稍微偏离，1的变化改变O1(公式6.27)，O1可能引起放大器输入驻波比的变化。只要得到适当的O1，就可

10、以适当地改善放大器输入驻波比。但是要知道，通过S12的反馈，受相位和衰减的影响，只能稍微改善放大镜驻波比，不能改善太多。27，级间匹配电路的典型多个级间匹配电路，28，输出匹配电路的基本要求，输出匹配电路的基本操作是将微波管多输出阻抗匹配到负载实数阻抗50。图6-12放大器输出匹配电路输出匹配电路需要解决的目标如下：1、提高增益2、提高整个设备增益平面度3、满足放大器输出驻波比4、发送放大器稳定性、29、提高输出匹配电路增益、输出电路和输入电路的差异仅在右端是实数负载。反向使用图6-7和图6-6中的匹配单元即可。放大器具有一定宽度的工作带，因此在整个带内无法实现共轭匹配。尤其是在潜在不稳定的微

11、波管中，更不可能实现共轭匹配。因此，输出匹配电路设计的目标是在保持稳定性的同时，获得尽可能高的增益。低噪声放大器的总增益至少为30dB，可以抑制后级电路装置噪声的影响。有时，低噪音放大器后面有几十米长的电缆或后级设备噪音可能很大。特别是在整体机器噪音要求严格的情况下，总增益要求为4050dB以上。当输出电路与微波管达到共轭匹配(例如Zin=ZT*)时，功率增益最高。有关电路结构，请参见输入电路基本单元图6-8和图6-9。30，输出匹配电路改善了整个机器的增益平面度，微波晶体管的自增益随频率的提高而减少，减小率大体上降低了每个倍频器6dB。放大器前两个阶段的主要目标是最佳噪声匹配，因此频带内功率

12、增益根据频率变化曲线向右下倾斜，所以最终放大增益特性曲线必须向右上倾斜，以补偿整个放大机增益的不平衡。增益不均衡度大，末级也考虑驻波比指标的情况下，需要2 3级，才能矫正全级增益的下降斜率。这就是低噪声放大器经常包含4级或5级的原因。事实上，如果只有噪音这一要求，当放大器增益为4050dB时，后级噪音的影响不再存在。但是增益要变平，必须有很多供水，此时总增益最高可达6070dB。31，输出匹配电路提高整个设备增益平整度。图6-13(b)中的虚线是没有陷阱的电路的频带特性，实线是陷阱之后的频带特性。陷阱电路只能适当地调整频带外观。这是电阻单位，只能用于最后一个或最后一个前一个级别，不能用于前一个

13、级别。在前端使用时，如果相位不及时，输入驻波比就会变坏，放大器也会变得不稳定。图6-13陷波电路(a)陷波电路；(b)提高幅度和频率特性。为了获得良好的频带特性，有时需要添加陷阱电路或吸收电路，如图6-13所示。槽口电路是图6-13 (A)所示的g/4终端的开放微带线。l是要吸收的频率的波长。32，输出匹配电路满足放大器输出驻波比，输出驻波比的指标主要由输出匹配电路解决。普通微波管s22比S11小，因此很容易得到好的匹配。匹配完善后，输出驻波比很小，但增益再次向右上方倾斜，所以牙齿两个指标都要考虑。如果是5级放大器，最终水平只能考虑驻波比，增益平整度指标由最后一级2承担。33，输出匹配电路可以

14、提高放大器稳定性，通过R电阻和分支微带特性阻抗Zr调整控制频带形状和增益压缩大小，以补偿倾斜增益并进一步抑制带外增益。由于电阻损失，对驻波比的影响比纯电抗匹配方法小，有助于提高输出驻波比。将电阻热噪声引入放大电路的消费网络匹配方法只能用于输出电路，不能用于前级。图6-14是消费匹配电路，提高了稳定性。前面提到的匹配电路大部分是传记恒星匹配。添加电阻形成消耗匹配，如图6-14所示。在主微带线中，并行电阻R，电阻R后面是u/4的微带线，微带终端通过电容器C形成微波接地。u是频带内高端频率fu的波长。在频率fu中，由于u/4的作用，电阻处于无损状态。频率低于fu时，相当于并行连接主线上包含电阻损失的

15、分支电路。频率越偏离fu，损失越大，增益越低。34，放大器完整电路，图6-15提供完整的C波段低噪声放大器微波电路。为了便于分析，图中未绘制偏置电压的引线和电源部分的电阻分量。图6-15根据最佳噪声要求设计了4级低噪声放大器微带电路1级FET。2级也是最好的噪音设计。级别3和级别4使用直接移动段作为级别之间的匹配回路。35，放大器整个电路微带电路部分，1级FET根据最佳噪声要求设计。为了提高稳定性，在FET的两个源极和土地之间分别连接微带线，形成串行负反馈。负反馈微带接地方法是在基板上钻孔，基板是聚四氟乙烯纤维板，与孔壁金属化后底部金属地层连接。栅极偏置由风机线路短路点引入，短路点配备稳定电阻

16、，抑制波段外的过度增益，提高放大器的稳定性。也就是说，驻美大选的两侧各加了一个方形的小块，微调小岛。用焊锡连接一些小岛，可以改变主微带线宽。通过微调小岛，通常位于电路灵敏度高的地方，可以微调电路，以补偿活动元件和焊接装置的工艺参数离散性。2级也是最好的噪音设计。标高1和标高2匹配为两个分支回路。2级FET还添加了源极串行负反馈。两个微带都是偏置电流输入线。打开路的树枝顶部有一些小岛，可以用来微调树枝的微带长度。级别3和级别4使用直接移动段作为级别之间的匹配回路。牙齿两个级别使用不同模型的FET，没有负反馈。电路的侧间隙是直流分离点，用于焊接直流电容器。c波段隔板直流电容器通常使用20100pF

17、筹码电容器。电容器在焊接前应使用微波网络分析器测量微波S参数，以确保直流电容器在工作频段上充分损耗。36，放大器的整个电路偏置电源电路部分，图6-16是牙齿放大器的传记原理电路，在低频和直流电源电路的情况下，微带线表示直通特性。牙齿电路使用双电源供应器。双电源供应装置是指泄漏极正电压和栅极负电压分别由两个电源供应装置提供。添加电源供应设备15V，通过1N4001保护二极管使用集成电压调节器块M1(此处为7805)获得稳定电压正5V。通过Rd1、Rd2、Rd3和Rd4降压，在每个FET上添加的漏水。在微带电道路上，添加到偏置微带线的零电位点，不影响微波电路。通过调整每个Rd，可以分别控制每个FET的泄漏电压。一般低噪音MES FET泄漏工作电压为