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低噪声放大器的两种设计方法 低噪声放大器的两种设计方法 [ 图], 低噪声放大器 (LNA) 是射频收发机的一个重要组成部分，它能有效 提高接收机的接收灵敏度，进而提高收发机 低噪声放大器 (LNA) 是射频收发机的一个重要组成部分， 它能有效提高接收机的接收灵敏度， 进而提高收发机的传输距离。 因此低噪声放大器的设计是否良好， 关系到整个通信系统的通 信质量。本文以晶体管 ATF54143 为例，说明两种不同低噪声放大器的设计方法，其频率范 围为 2~ 2.2 GHz ；晶体管工作电压为 3 V ；工作电流为 40 mA；输入输出阻抗为 50 Ω。 1 定性分析 1.1 晶体管的建模 通过网络可以查阅晶体管生产厂商的相关资料， 可以下载厂商提供的该款晶体管模型， 也可 以根据实际需要下载该管的 S2P文件。 本例采用直接将该管的 S2P 文件导入到软件中， 利用 S 参数为模型设计电路。如果是第一次导入，则可以利用模块 SParams 进行 S 参数仿真， 观察得到的 S 参数与 S2P 文件提供的数据是否相同，同时，测量晶体管的输入阻抗与对应 的最小噪声系数，以及判断晶体管的稳定性等，为下一步骤做好准备。 1.2 晶体管的稳定性 对电路完成 S 参数仿真后， 可以得到输入 / 输出端的 mu 在频率 2~ 2.2 GHz 之间均小于 1， 根据射频相关理论， 晶体管是不稳定的。 通过在输出端并联一个 10 Ω和 5pF 的电容， m2 和 m3 的值均大于 1，如图 1，图 2 所示。 晶体管实现了在带宽内条件稳定， 并且测得在 2.1GHz 时的输入阻抗为 16.827- j16.041 。同时发现， 由于在输出端加入了电阻， 使得 Fmin 由 0.48 增大到 0.573 ，Topt 为 0.329 ∠ 125.99 °， Zopt = （30.007 +j17.754 ） Ω 。其中， Topt 是最佳信源反射系数。 图 1 利用模块 SParams 进行仿真的电路原理图 图 2 输入 / 输出 mu 与频率的关系 1.3 制定方案 如图 3 所示，将可用增益圆族与噪声系数圆族画在同一个 Ts 平面上。通过分析可知，如果 可用增益圆通过最佳噪声系数所在点的位置， 并根据该点来进行输入端电路匹配的话， 此时 对于 LNA 而言，噪声系数是最小的，但是其增益并没有达到最佳放大。因此它是通过牺牲 可用增益来换取的。 在这种情况下， 该晶体管增益可以达到 14dB 左右，Fmin 大约为 0.48 ， 如图 3 所示。 另一种方案是在可用增益和噪声系数之间取得平衡， 以尽可能用小噪声匹配为目标， 采用在 兼顾增益前提下的设计方案。在这种情况下该晶体管增益大约为 15dB左右， Fmin 大约为 0.7( 见图 3) 。这个就是本文中提到的第 2 种方案。 图 3 同一个 Ts 平面上的可用增益圆族与噪声系数圆族 2 以最佳噪声系数为设计目标方案的仿真 2.1 输入匹配电路设计 对于低噪声放大器，为了获得最小的噪声系数， Ts 有个最佳 Topt 系数值，此时 LNA 达到 最小噪声系数， 即达到最佳噪声匹配状态。 当匹配状态偏离最佳位置时， LNA 的噪声系数将 增大。前面定性分析中已经获得