基于GaAs HEMT的低噪声放大器设计

论文摘要

21世纪是信息技术高速发展的时代,以微电子为基础的电子技术是推动信息技术发展的物质基础。无线通信电路由发射和接收模块组成,其中低噪声放大器是接收模块的关键部分。低噪声放大器作为接收机的第一级,其性能直接影响整机性能。它作为各类接收系统的前端其主要目的是为了减少系统的杂波,放大系统接收的信号,尽量减小系统的噪声,提高接收系统的灵敏度。可见,低噪声放大器对于整个系统的噪声性能起决定性作用,这就对它提出了更高的要求。因此,低噪声放大器的研究是十分有意义的。文中首先阐述了噪声的相关理论。然后,对二端口网络的表述、传输线、匹配网络等微波电路设计的一些基本理论进行了介绍。在阅读大量相关文献的基础上,分析了微波放大器常用的几种电路形式,针对本课题研究的宽带低噪声放大器选择了平衡结构的电路形式。通过分析二端口网络噪声和宽带匹配理论,得出两级匹配网络的低噪声和高增益匹配设计公式。本文选用日本富士通公司低噪声高电子迁移率晶体管FHX14LG,利用小信号模型S参数法,结合宽带放大器和低噪声放大器设计技术及制造工艺,设计了两级电路输入、输出匹配网络,使放大器工作在低噪声、高增益区。根据平衡结构放大器的特点设计了3dB耦合电桥,利用电路仿真软件ADS(Advanced Design System ADS 2005A)得到平衡电路原理仿真结果,增益和噪声均有明显改善。然后,设计了直流偏置电路,给出了整体电路版图的Momentum二维电磁仿真结果,结果满足设计指标的要求。最后用Protel画出电路加工版图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微波低噪声放大器的应用
• 1.2 低噪声放大器的发展状况
• 1.3 研究意义和课题来源
• 1.4 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 器件噪声及二端口网络的噪声理论
• 2.1 噪声理论基础
• 2.1.1 关于噪声的基本概念
• 2.1.2 半导体器件噪声的分类
• 2.2 噪声的来源
• 2.2.1 电阻热噪声及其等效电路
• 2.2.2 半导体管的噪声
• 2.3 低噪声器件
• 2.4 经典二端口网络噪声理论
• 2.4.1 噪声因子
• 2.4.2 噪声系数与等效噪声温度
• 2.4.3 级联网络的噪声
• 第三章 低噪声放大器的基本理论
• 3.1 二端口网络的表述
• 3.2 微带传输线
• 3.3 阻抗匹配网络
• 3.3.1 阻抗匹配
• 3.3.2 匹配网络的选择
• 3.3.3 集总参数元件电路匹配网络的设计
• 3.3.4 分布参数元件电路匹配网络的设计
• 3.3.5 宽带匹配理论
• 3.4 低噪声放大器的主要性能指标
• 3.4.1 工作频率和带宽
• 3.4.2 功率增益
• 3.4.3 输入、输出电压驻波比
• 3.4.4 稳定性
• 3.4.5 动态范围
• 第四章 X 波段低噪声放大器的具体设计
• 4.1 低噪声放大器的具体设计指标
• 4.2 电路形式
• 4.2.1 平衡型放大器
• 4.2.2 负反馈型放大器
• 4.2.3 分布型放大器
• 4.2.4 有源匹配型和有损匹配型
• 4.2.5 几种电路形式比较
• 4.3 器件及介质基板的选择
• 4.3.1 器件的选择
• 4.3.2 电路介质基片的选择
• 4.4 设计方案
• 4.5 匹配电路的设计
• 4.5.1 第一级低噪声匹配
• 4.5.2 第二级功率增益匹配
• 4.5.3 两级匹配电路
• 4.6 耦合器及平衡电路
• 4.6.1 耦合器的设计
• 4.6.2 平衡放大器
• 第五章 直流偏置和版图设计
• 5.1 直流偏置电路的设计
• 5.2 Momentum 电磁仿真
• 5.3 版图的设计
• 5.4 降低噪声系数的措施
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果