论文摘要
低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA）是无线接收机的重要组成部分,它是接收机的第一个有源元件,其相关理论已经被人们研究数十年,到目前为止仍是热门话题。低噪放广泛地应用于宇宙通讯、雷达、电子对抗、遥测遥控、射电天文、大地测绘、微波通信等无线电通信系统中。LNA的主要作用是放大天线从天空中接收到的微弱信号,降低噪声干扰,以供系统解调出所需的信息数据。对低噪声放大器的基本要求是:噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定性可靠、足够的带宽和大的动态范围等。此外,在不同的应用情况下,可能对其体积、重量、耗电量等等提出限制性要求。目前,低噪放还在向更高工作频率、更低的噪声、更宽的频带、集成化和标准化方向发展。本文在线性二端口网络的理论基础上,总结了级联放大器研制中遇到的问题,包括放大器噪声系数的计算、匹配电路的设计以及提高晶体管稳定性的方法等等问题。应用微波电路仿真软件ADS设计了频率范围为1.9GHz-2.1GHz低噪声放大器,其性能指标为:噪声系数<1dB,带宽为200MHz,增益>30dB,增益波动在1.2dB以内,输入输出驻波比<1.5。该放大器采用Agilent公司的P-HEMT低噪声放大管ATF54143和集成放大器模块MGA86576进行了两级放大,在设计的过程中使用ADS商业软件对放大器的输入、输出匹配电路、偏置电路进行了设计、优化。文中分析了对放大器的几种常用拓扑结构优缺点,确立了微波分立元件与微带线相结合的混合电路应用模式和单电源供电的偏置电路结构;在稳定性的设计中引入了源级串联负反馈,提高了放大器的稳定性;采用双共轭匹配的方法对放大器进行了输入、输出匹配电路的设计,使其输入、输出阻抗都接近50欧的匹配;综合考虑了放大器的噪声系数、增益、稳定性和驻波比几个性能指标,对整体电路做了进一步的优化,仿真结果表明,放大器的噪声系数小于0.7dB,带内增益在36dB左右,增益平坦度小于1dB,输入回波损耗小于-18.5dB,输出回波损耗小于-20dB,LNA的性能良好。最后使用protel软件完成了低噪声放大器的PCB版图设计。