S波段场效应管低噪声放大器的设计仿真(5)
(3.1)
采用绝对带宽表示时，带宽BW的量纲为Hz。
相对带宽常用的表示方法为百分比法。采用相对带宽表示时，带宽是无量纲的相对值。百分比法定义为绝对带宽占中心频率的百分数，用RBW表示为： (3.2)
其中 为中心频率。
通常当相对带宽小于10%时称为窄带放大器，相对带宽大于30%时称为宽带放大器，而相对带宽大于100%时称为超宽带放大器，考虑到噪声系数是主要指标，但是在宽频带情况下难于获得极低噪声，所以低噪声放大器的工作频带一般不宽，较多为20%左右。
3.3 噪声系数
在电路某一特定点上的信号功率与噪声功率之比，称为信号噪声比，简称信噪比，用符号Ps/Pn(或 S/N)表示。放大器噪声系数是指放大器输入端信号噪声功率比 Psi/Pni 与输出端信号噪声功率比 Pso/Pno 的比值。噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，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。影响放大器噪声系数的因素有很多，除了选用性能优良的元器件外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，而与负载阻抗无关。当一个晶体管的源端所接的信号源的阻抗等于它所要求的最佳信号源阻抗时，由该晶体管构成的放大器的噪声系数最小。实际应用中放大器的噪声系数可以表示为
（3.3）
Fmin是当源端为最佳源阻抗时放大器的最小噪声系数，Rn是噪声阻抗， 是放大器按最小噪声系数匹配时的最佳源反射系数。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 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。
图3.1 多级放大电路示意图
当系统中有多级放大器相连时，其系统总噪声系数和总增益表达式为:（3.4）
式中 表示多级放大器总的噪声系数;F1、F2和F3分别表第一、第二和第三级的噪声系数;G1、G2和G3分别表示第一、第二级和第三级放大器的功率增益。从上式知道，越后项分母越大，所以初级噪声系数F1对总体噪声系数 的影响最大。只有F1尽量低，前级增益G1和G2足够大，整机的噪声性能才能足够小。
3.4 增益
根据线型网络输入、输出端阻抗的匹配情况，有三种放大器增益：工作功率增益、转换功率增益、资用功率增益。对于实际的低噪声放大器，功率增益通常是指信源与负载多为50 标准阻抗情况下实测的增益，一般用dB表示。其表达式为放大器输出功率与输入功率的比值：
（3.5）
低噪声放大器的增益要适中，太大会使下级混频器输入太大，产生失真。但为了抑制后面各级的噪声对系统的影响，其增益又不能太小。放大器的增益首先与管子跨导有关，跨导直接由工作点的电流决定。其次放大器的增益还与负载有关。低噪声放大器大都是按照噪声最佳匹配进行设计的。噪声最佳匹配点并非最大增益点，以此增益G 要下降。噪声最佳匹配情况下的增益成为相关增益。通常，相关增益比最大增益大约低2~4dB。所以，一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。根据经验，一般取值在15~20 dB较为合适。增益平坦度是指功率最大增益与最小增益之差，它用来描述工作频带内功率增益的起伏, 常用最高增益与最小增益之差，即△G(dB)表示。
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