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宁波大学硕士研究生 2012 / 2013 学年第 1 学期期末考试卷

考试科目： 高级射频电路 课程编号： 1435039

姓名： 李玲 学号： 1211082036 阅卷教师： 成绩： 课程设计(大报告)：要求从下面题中任选一题。 1、试设计一个用于LTE-Advanced系统的高效率、大功率射频功放，带宽大于150MHz，最大功率输出时带内功率起伏小于1分贝，增益不低于13分贝，最大效率不低于55%，输出功率高于50W，中心频率在800MHz、1900MHz、1950MHz、2140MHz、2550MHz和3500MHz中间任选一个。 要求给出详细设计过程及仿真优化结果，包括器件选择、器件特性仿真、输入输出阻抗的确定、输入输出匹配电路的设计及其仿真特性、功放电路的整体仿真特性及优化结构、成品率分析; 完成课程项目设计报告，要求报告长度不得少于15页； 2、试设计一个用于LTE-Advanced系统的低噪声放大器，带宽大于150MHz，最大功率输出时带内功率起伏小于1分贝，增益不低于15分贝，噪声系数小于0.8分贝，中心频率在800MHz、1900MHz、1950MHz、2140MHz、2550MHz和3500MHz中间任选一个。 要求给出详细设计过程及仿真优化结果，包括器件选择、器件特性仿真、输入输出阻抗的确定、输入输出匹配电路的设计及其仿真特性、放大器电路的整体仿真特性及优化结构、成品率分析；完成课程项目设计报告，要求报告长度不得少于15页；

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射频低噪声放大器的ADS 设计 1、摘要 低噪声微波放大器（LNA）已广泛应用于微波通信、GPS 接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。低噪声放大器位于射频接收系统的前端，其主要功能是将来自天线的低电压信号进行小信号放大。前级放大器的噪声系数对整个微波系统的噪声影响最大，它的增益将决定对后级电路的噪声抑制程度，它的线性度将对整个系统的线性度和共模噪声抑制比产生重要影响。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、工作稳定性好、足够的带宽和大的动态范围。Advanced Design System(ADS)软件是Agilent 公司在HPEESOF 系列EDA 软件基础上发展完善的大型综合设计软件，它功能强大，能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计，广泛应用于通信、航天等领域，是射频工程师的得力助手。 2、低噪声放大器的应用 低噪声放大器是现代无限通信、雷达、电子对抗系统等应用中一个非常重要的部分，常用于接收系统的前端，在放大信号的同时抑制噪声干扰，提高系统的灵敏度。 如果在接收系统的前端连接高性能的低噪声放大器，在肥皂水放大器增益足够大的情况下，就能抑制后级电路的噪声，则整个接收机系统的噪声系数主要取决于放大器的噪声。如果低噪声放大器的噪声系数降低，接收机系统的噪声系数也会变小，信噪比得到改善，灵敏度大大提高。因此可见低噪声放大器的性能制约了整个接收系统的性能，对于整个接收系统技术水平的提高，也起了决定性的作用。 国际现状:在国际卫星通信中，低噪声放大器的主要发展要求是改进性能和降低成本。由于国际通信量年复一年地迅速增加，所以必须通过改进低噪声放大器的性能来满足不断增加的通信要求。以你此，要不懈地努力去展宽低噪声放大器的宽度和降低其噪声温度。从经济观点出发，卫星通信整个系统的成本必须减到能与海底电缆系统相竞争。降低低噪声放大器的噪声温度是降低卫星通信系统成本的一种有效的方法，因此地面站天线的直径可以通过改善噪声温度性能而减少。 国内现状：在国内卫星通信中，重点放在低噪声放大器的不用维修特性以及低噪声和宽带特性，因为在这些系统中越来越广泛地采用无人管理的工作方式，特别在电视接收地面站中更是如此。 3、低噪声放大器特点及指标 LNA 是射频接收机前端的主要部分，它主要有四个特点。首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声系数越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。放大器在工作频段内应该是稳定的。其次，它所接受的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接受信号的同时又可能伴随许多强干扰信号输入，因此要求放大器有足够的线型范围，而且增

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益最好是可调节的。第三，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或者天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们很好的匹配，以达到功率最大传输或者最小的噪声系数，并保证滤波器的性能。第四，应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰。 3.1 工作频率与带宽 放大器所能允许的工作频率与晶体管的特征频率fT 有关，由晶体管小信号模型可知，减小偏置电流的结果是晶体管的特征频率降低。在集成电路中，增大晶体管的面积使极间电容增加也降低了特性频率。 LNA 的带宽不仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围，而且还要求全频带内噪声要满足要求，并给出各频点的噪声系数。 动态范围的上限是受非线性指标限制，有时候要求更加严格些，则定义为放大器非线性特性达到指定三阶交调系数时的输入功率值。 3.2 噪声系数 放大器的噪声系数NF定义如下： NF?Sin/Nin Sout/Sout式中：NF为射频/微波器件的噪声系数；Sin,Nin分别为输入端的信号功率和噪声功率；Sout,Nout分别为输出端的信号功率和噪声功率。 噪声系数的物理含义是，信号通过放大器后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。 通常，噪声系数就是用分贝数表示，此时 NF(dB)?10lg(NF) 对单级放大器而言，其噪声系数的计算公式为： |?s??opt|2 NF?NFmin?4Rn22(1?|?s|)|1??opt|其中，NFmin为晶体管最小噪声系数，由放大器的管子决定；Γopt、Rn和Γs分别为获得NFmin时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、晶体管输入端的源反射系数。。由此可见放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计，也就是根据所选晶体管的Γopt 来进行设计。设计输出匹配电路时采用共轭匹配，以获得放大器较高的功率增益和较好的输出驻波比。 对多级放大器而言，其噪声系数的计算公式为： NF?NF1?(NF2?1)/G1?（NF3?1）/G1G2?... 其中，NFmin为第n级放大器的噪声系数；Gn为第n级放大器的增益。在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常用噪声温度来表示：N=KTeB。式中，K：波尔兹曼常数；Te：有效温度，单位为K；B：带宽，单位为HZ。 噪声温度与噪声系数的换算关系为： NF=(dB)=10Lg(1+(KteB/KTOB)=10Lg(1+(Te/To)

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