低噪声放大器与滤波器的协同设计研究

论文摘要

近年来随着微波、毫米波技术的迅速发展,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件,提出了更高的要求。本文的低噪声放大器与带通滤波器的协同设计就是在此基础上产生的。以下是本文的主要内容:首先,介绍了射频无线通信,协同设计的基本思想,以及低噪声放大器的发展历史,其中对低噪声放大器的基础理论进行了必要的介绍。目前所采用的提高射频前端性能的方法主要有以下几种:一种是RF SIP(射频系统的系统级封装);另外一种是打破传统的50Ω(或75Ω)标准阻抗界面的限制,把射频前端要求的多种功能进行整合,将原来的多个器件整合成一个器件,在一个器件中实现多种功能,即目前所说的射频系统的协同设计,以下简称协同设计。其次,本文低噪声放大器的设计基于射频晶体管参数,因此提出了一种射频晶体管参数提取的方法,并且对晶体管HBFP0405进行了S参数的实验提取。首先,设计BJT晶体管偏置电路。本文使用的是双电源电路,在基极和集电极都采用电压供电。其中,Ic=5mA,Vce=2V。其次,通过网络分析仪提取出偏置电路的实测S参数。最后,通过去夹具的方法得到晶体管的S参数。也就是将外置的偏置电路等因素去除,得到的S参数。最后,研究了低噪声放大器和带通滤波器协同设计的方法,分析了协同设计前后低噪声放大器的仿真结果和实测结果。在协同设计中滤波器代替了低噪声放大器的匹配网络,直接作为了低噪声放大器的输出匹配网络,使得其既实现了匹配,又实现了滤波。结果表明,与传统的设计方法相比,协同设计后放大器的增益提高1dB,1dB压缩点改善2dBm,三次谐波上的抑制提高20.67dB。可见,协同设计能够提高放大器的增益,改善其非线性效应。最后提出一种2GHz宽阻带低噪声放大器的协同设计的应用。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 射频通信电路应用简介
• 1.2 课题的研究背景及意义
• 1.2.1 低噪声放大器的发展历史
• 1.2.2 课题的研究意义及国内外研究现状
• 1.3 本文研究的内容和主要贡献
• 1.3.1 本文的主要内容
• 1.3.2 本文的主要贡献
• 参考文献
• 第二章 低噪声放大器的基本原理及设计分析
• 2.1 低噪声放大器的基本原理
• 2.1.1 低噪声放大器的特性指标
• 2.1.2 低噪声放大器的基本原理
• 2.2 低噪声放大器的设计分析
• 2.2.1 单向化设计分析
• 2.2.2 双共轭匹配设计分析
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 晶体管的S参数提取
• 3.1 晶体管模型
• 3.1.1 大信号BJT模型
• 3.1.2 小信号BJT模型
• 3.2 晶体管的S参数提取
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 低噪声放大器与滤波器的协同设计
• 4.1 引言
• 4.2 低噪声放大器与滤波器的协同设计
• 4.2.1 低噪声放大器与滤波器的协同设计方案
• 4.2.2 方案中的滤波器的S参数
• 4.3 协同设计的仿真与测试结果分析
• 4.4 2GHz宽阻带低噪声放大器
• 4.4.1 宽阻带低噪声放大器的电路设计
• 4.4.2 仿真结果分析
• 4.4.3 结论
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 测试系统及测试方法
• 5.1 测试仪器及测试方法
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 攻读硕士期间发表论文及参与研究项目
• 致谢
• 个人简历