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P波段低噪声放大器的性能优化设计及版图实现

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软件简介

 摘要:随着社会的发展,无线通信已经深入到人们生活的各个方面。低噪声放大器作为无线通信系统前端的重要部件之一,近年来逐渐成为射频研究的热点。本文首先介绍了低噪声放大器设计的理论基础,并给出了几种用于低噪声放大器设计的电路形式,对比它们的优缺点之后,选择使用负反馈网络的电路形式来完成本次设计。在此基础上,设计出了一个工作频率在P波段低噪声放大器的设计。
首先,采用负反馈技术并运用软件ADS(Advanced Designed System)设计出一个单级的P波段低噪声放大器,优化修改放大电路后,仿真结果并没有达到期望的指标要求。随后修改设计方案,在单级低噪声放大器的基础上再级联一个稳定的低噪声放大器,构成两级低噪声负反馈放器,并在输出端口加入衰减网络,以降低级联产生的高增益。最终实现在工作频段0.23~1GHz内,增益为20dB,驻波比小于1.6,噪声系数小于4dB。该设计原理图仿真和联合仿真结果性能良好,实现了预期的设计指标要求。
关键词:低噪声放大器; P波段; 负反馈; 衰减
摘要 I
Abstract II
第1章 绪 论 1
1.1 低噪声放大器的研究意义 1
1.2 低噪声放大器的发展 1
1.3 低噪声放大器的研究现状 1
1.4 本文主要内容 2
第2章 低噪声放大器的设计理论基础 3
2.1 低噪声放大器的特点 3
2.2 低噪声放大器的主要技术指标 3
2.2.1 噪声系数和噪声温度 3
2.2.2 低噪声放大器的功率增益与增益平坦度 4
2.2.3 端口驻波比 8
2.2.4 非线性特性 8
2.2.5 动态范围 9
2.3 稳定性 9
2.4 本章小结 11
第3章 低噪声放大器的设计 12
3.1 低噪声放大器设计的一般步骤 12
3.2 低噪声放大器的一般结构 12
3.2.1 单级低噪声放大器的一般结构 12
3.2.2 两级低噪声放大器的一般结构 13
3.3 低噪声放大电路的比较 13
3.4 负反馈网络 14
3.4.1 负反馈网络的理论分析 14
3.4.2 负反馈网络的分类 16
3.5 阻抗匹配理论 16
3.5.1 集总参数元件匹配网络的设计 17
3.5.2 分布参数元件匹配网络的设计 18
3.6 设计指标与器件选择 20
3.6.1 拟实现的各项指标 20
3.6.2 晶体管的选择 21
3.6.3 电阻、电容及基板材料的选择 22
3.7 本章小结 22
第4章 单级低噪声放大器的仿真设计 23
4.1 直流偏置网络的设计与仿真 23
4.2 负反馈网络的设计与仿真 27
4.3 输入、输出匹配网络 29
4.3.1 输入匹配网络 29
4.3.2 输出匹配网络 32
4.4 本章小结 34
第5章 两级低噪声放大器的仿真设计 35
5.1 衰减网络的设计与仿真 35
5.2 两级低噪声放大器的仿真 36
5.3 匹配网络的实现 39
5.4 两级低噪声放大器的版图实现 40
5.5 本章小结 41
结论 42
致谢 43
参考文献 44
附录1 46
附录2 54
`本文主要内容
本文以低噪声放大器的基础理论为基础,通过对低噪声放大器的各项性能指标和设计方法讨论分析,采用负反馈的方法分别设计了一个单级和双级的P波段的低噪声放大器,最后再进行版图设计。
本文主要由五个章节构成,各章节的主要内容如下:
第一章,简要地介绍了低噪声放大器的研究意义、发展趋势以及研究现状。
第二章,对低噪声放大器设计的理论基础进行了简要的叙述,包括噪声系数、驻波比、稳定性等。
第三章,详细地给出了低噪声放大器设计的一般步骤和实现的电路形式,并着重分析了负反馈网络,确定选择负反馈网络作为此次设计的电路形式,接着,讨论了输入、输出阻抗匹配问题。最后,根据设计指标选择晶体管、电阻和基板材料等。
第四章,结合低噪声放大器的理论知识,运用ADS软件设计了一个单级低噪声放大器,仿真并调试后得出结果,发现不能增益满足设计指标。
第五章,分析结果,寻找解决方法。然后改变设计方案,在单级低噪声放大器的基础上在级联一个低噪声放大器,构成双级低噪声放大器,并在输出端口连接一个衰减网络,仿真并调试后得出最优结果,结果满足要求。接着,对双级低噪声放大器进行版图设计,并进行原理图-版图联合仿真,最终结果基本上满足设计指标。

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