射频低噪声放大器的设计+电路图(2)
通过本次课题的研究，我们可以熟悉微波低噪声放大器设计的一般方法 ，了解和掌握噪声系数，增益，驻波等基本概念，并学会应用ADS软件设计满足指标的电路。
2.低噪声放大器的特点和技术指标
由于低噪声放大器位于接收机前端，对于整个接收机系统的信号质量起着至关重要的作用，所以它的噪声系数越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统噪声的影响，并对接收到的微弱信号进行足够的线性放大，要求低噪声放大器有足够大的线性范围，且增益最好可调节。低噪声放大器通常通过传输线直接连接到天线或滤波器，放大器的输入端必须与它们很好的匹配才能最大限度的减小噪声。放大器应具有一定的选频能力，并且具有抑制带外或镜像频率干扰的功能。低噪声放大器的技术指标主要有：工作频段、噪声系数、功耗、放大器增益、输入阻抗匹配、线性度、隔离度等。
2.1工作频率
放大的工作频率受体管特征频率影响。降低晶体管特征频率的方法有减小晶体管的偏置电流。另外在集成电路中，也可以增大晶体管的面积使极间电容增加，以此降低晶体管的特征频率。
2.2噪声系数
信噪比就是在电路某一特定点上的信号功率和噪声功率之比，而放大器输入端的信噪比与输出端信噪比的比值被称为放大器的噪声系数。噪声系数是衡量信号经过放大器后质量的变坏程度的物理量。通常情况下，整个接收机允许的噪声系数在3dB以下。除了元件本身性能优劣能够影响噪声系数以外，合理设计电路的拓扑结构也是非常重要的。放大器的噪声系数与信号源的阻抗有关，而与负载的阻抗无关。因此可以将晶体管的输入端所接信号源的阻抗匹配至它所要求的最佳信号源阻抗，此时晶体管所构成的放大器可以获得最小噪声系数。
2.3功耗
当今人们对放大器低功耗的要求越来越高，低功耗是实现器件便携化、小型化的重要指标。采用低电源电压、低偏置电流可以很好地降低放大器的功耗。
2.4增益
放大器的输出功率与输入功率之比称为放大器的增益。设计低噪声放大器时，如果增益太大就会使下级混频器输入过大，导致失真，但增益太小又无法抑制后面各级噪声对系统的影响，因此增益的大小要适中。晶体管的跨导是影响放大器增益的首要因素，而静态工作点的电流大小直接决定了跨导的大小。另外，负载匹配也是影响放大器增益的关键因素。由于实现低噪声系数是设计低噪声放大器的首要目标，而增益最大点与最佳噪声匹配点并不重合，输入端一般采用噪声最佳匹配，因此增益会有所下降。增益平坦度是指功率最大增益与最小增益之差，它表示了工作频带内增益的稳定度。
2.5匹配
在低噪声放大器的设计过程中，端口匹配网络的设计尤为重要，因为它的好坏直接影响到低噪声放大器的各项指标，比如输入输出驻波比、增益以及增益平坦度等。有两种方法来实现放大器的匹配，第一种是噪声匹配，以获得最小噪声系数为目的，这时低噪声放大器的输入端口有一定程度的失配，但是这样可以调整器件内部各个噪声的相位关系，从而降低整个系统的噪声系数。第二种是共轭匹配，可以获得最大功率传输和最小反射损耗，此时低噪声放大器的输入阻抗和天线的内阻互为共轭，能够最大程度的接收信号。因此，低噪声放大器的输入匹配电路通常应按照噪声最佳来设计，而输出匹配则采用共轭匹配，这样可以在减小噪声的同时兼顾增益，但同时也导致偏离了增益和驻波比最佳的状态。
2.6稳定性
低噪声放大器在其工作的频段内必须具有稳定性。晶体管的输入端和输出端的各种反射系数的幅度必须小于1，即稳定系数K>1，否则说明反射波的幅度大于入射波，晶体管网络或者匹配网络本身在提供能量，即发生了振荡，并导致不稳定的现象。当放大器网络的稳定系数K>1时，网络是绝对稳定的，放大器可以稳定工作。当放大器网络的稳定系数K<1时，网络只能在一定条件下稳定，称为条件稳定。此时放大器的负载阻抗和源阻抗不能随意选择，必须满足一定的条件，否则放大器不能稳定工作。