具有高增益低噪声系数的低噪声放大器设计
发布时间：2020-12-22 18:37
随着无线技术迈入5G时代,新一代高性能射频收发系统提出更苛刻的要求,在高增益低噪声系数的基础上,由于低噪声放大器位于整个射频系统最前端,其性能的好坏直接整个系统的噪声系数以及接收灵敏度,是射频系统最为关键的部分之一。本论文主要介绍了运用GaAs pHEMT工艺设计了一款工作在Sub 6G频段的低噪声放大器。首先,阐述了低噪声放大器的一些理论,针对本次课题结合常见的电路结构,设计了两种电路结构。运用共源共栅结构以得到较高的增益,在共源共栅的基础上对其结构进行优化设计以实现高增益平坦度、低噪声系数以及宽带的需求。其次,针对功耗问题,引入了电流复用结构,并对其进行优化,得到了低功耗的电路实现方式。最后,为满足LTE通信需要,设计并优化了偏置电路关断功能也即Shutdown模式,大幅提高了关断以及开启时间。在ADS仿真软件下,优化得到版图,并对其进行EM仿真,最后经过流片验证两种结构放大器均满足指标要求,工作在Sub 6G,驻波均在-10dB以下,实现了典型增益在16dB左右,获得了高的增益平坦度（带内2dB左右）,小的噪声系数以及良好的Shutdown工作模式。在低噪声放大器的设计中,其各项...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国移动运营商通信频段由于国外半导体技术发展历史比较久远，其低噪声放大器的发展也比国内更
第二章低噪声放大器理论7第二章低噪声放大器基本理论2.1二端口网络参数对于整个射频系统来说，系统器件的组成很大一部分是以线性元器件为基础构成的，这就是说在一定频率以及功率内，输入、输出信号幅值之间呈现的是线性关系，输出信号随着输入信号线性增加的。通常将S参数表征这种线性关系，换言之，S参数可以用来表征二端口网络的线性性质[5]。S参数又常被称之为散射参量，它是关联起入射波与反射波的桥梁；而且还关联着功率的传输，故S参数是一个二端口网络十分重要的参数。下面图2-1所示的就是最为典型的二端口网络，其中V1+和V1-代表着1端口的入射波电压以及反射波电压，而V2+和V2-则代表着2端口的入射波和反射波电压。图2-1二端口网络两个端口的入射波和反射波电压线性关系如下：+212+111-1VS+VS=V(2-1)+222+121-2VS+VS=V(2-2)S11、S12、S21、S22就是前面提到的S参数，其具体定义如下：01112-1|VVVS表示为输出端口接匹配负载，输入端反射系数；02112-2|VVVS表示为输出端口接匹配负载，正向的传输系数；01221-1|VVVS表示为输入端口接匹配负载，反向的传输系数；022212|VVVS表示为输入端口接匹配负载，输出端反射系数[6]。根据上面公式有S11等于Γin、S22等于Γout，所以Γin代表着输出端接匹配负载时输入端口的反射系数，同理得到Γout的定义。在任意负载阻抗以及源阻抗下，
第二章低噪声放大器理论9率也将更高。由于反射系数与S11紧密相关，因此也可以使用S11来表示VSWR：||1|S|11111SVSWR(2-6)2.3二端口噪声模型对一个系统的噪声性能进行衡量时，常常用到了噪声因子F的概念，它的定义如下：噪声功率输入噪声源引起的输出总的输出噪声功率F通过对噪声因子F的定义可以得到，一个系统的噪声因子与系统总的输入输出噪声功率有关，为了评估输入噪声对于电路的影响，引入了二端口噪声网络模型来对噪声加以论述：图2-2二端口网络模型对于图2-2所示的二端口网络模型，我们用一个外部的噪声源代替电路内部存在的所有噪声的影响。图2-3含噪声的二端口网络模型由图2-3所示，二端口网络变成了无噪声的网络，所有的内部噪声都转化为了外部噪声为对该网络的输入，通过这种方式，我们可以很快计算出该二端口网络的噪声系数,同时，还有另外一个更为简单而且有效的方法，通过计算二端口
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LTE技术的无线视频监控业务[J]. 焦阳. 中国铁路. 2012(08)
[2]天线VSWR故障分析[J]. 李敬远. 科技与企业. 2012(07)
[3]MOMENTUM法设计微波功率放大器[J]. 韩红波,郝跃,冯辉,任媛媛. 空间电子技术. 2009(03)
[4]弹性速率补偿电路的噪声产生原因及抑制方法[J]. 王宁. 电子元器件应用. 2006(04)
[5]移动通信系统从1G到4G的演进[J]. 钱静,酆广增. 江苏通信技术. 2001(06)
博士论文
[1]无生产线模式微波单片集成电路设计与实验研究[D]. 李芹.东南大学 2005
硕士论文
[1]射频电路关键模块研究与设计[D]. 侯建峰.北京理工大学 2016
[2]基于导航芯片LNA的多频化及小型化研究[D]. 王磊.青岛理工大学 2013
[3]面向4G无线通信接收机的具有多级噪声抵消技术的LNA设计[D]. 姚春琦.天津大学 2012
[4]宇航用低噪声放大器研制及其可靠性研究[D]. 张全.西安电子科技大学 2012
[5]北斗卫星导航系统中射频前端电路的研究与设计[D]. 杨阳.南京邮电大学 2012
[6]卫星导航接收机射频前端设计[D]. 拓勇.西安电子科技大学 2012
[7]PIN功率开关的研制[D]. 贾玉伟.电子科技大学 2011
[8]北斗高精度测量型天线的研究[D]. 周梓发.广东工业大学 2011
[9]Ka波段TR部件的研究与设计[D]. 张志鸿.电子科技大学 2011
[10]基于GaAs HEMT的低噪声放大器设计与实现[D]. 康瑞媛.西安电子科技大学 2009
本文编号：2932226
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国移动运营商通信频段由于国外半导体技术发展历史比较久远，其低噪声放大器的发展也比国内更
第二章低噪声放大器理论7第二章低噪声放大器基本理论2.1二端口网络参数对于整个射频系统来说，系统器件的组成很大一部分是以线性元器件为基础构成的，这就是说在一定频率以及功率内，输入、输出信号幅值之间呈现的是线性关系，输出信号随着输入信号线性增加的。通常将S参数表征这种线性关系，换言之，S参数可以用来表征二端口网络的线性性质[5]。S参数又常被称之为散射参量，它是关联起入射波与反射波的桥梁；而且还关联着功率的传输，故S参数是一个二端口网络十分重要的参数。下面图2-1所示的就是最为典型的二端口网络，其中V1+和V1-代表着1端口的入射波电压以及反射波电压，而V2+和V2-则代表着2端口的入射波和反射波电压。图2-1二端口网络两个端口的入射波和反射波电压线性关系如下：+212+111-1VS+VS=V(2-1)+222+121-2VS+VS=V(2-2)S11、S12、S21、S22就是前面提到的S参数，其具体定义如下：01112-1|VVVS表示为输出端口接匹配负载，输入端反射系数；02112-2|VVVS表示为输出端口接匹配负载，正向的传输系数；01221-1|VVVS表示为输入端口接匹配负载，反向的传输系数；022212|VVVS表示为输入端口接匹配负载，输出端反射系数[6]。根据上面公式有S11等于Γin、S22等于Γout，所以Γin代表着输出端接匹配负载时输入端口的反射系数，同理得到Γout的定义。在任意负载阻抗以及源阻抗下，
第二章低噪声放大器理论9率也将更高。由于反射系数与S11紧密相关，因此也可以使用S11来表示VSWR：||1|S|11111SVSWR(2-6)2.3二端口噪声模型对一个系统的噪声性能进行衡量时，常常用到了噪声因子F的概念，它的定义如下：噪声功率输入噪声源引起的输出总的输出噪声功率F通过对噪声因子F的定义可以得到，一个系统的噪声因子与系统总的输入输出噪声功率有关，为了评估输入噪声对于电路的影响，引入了二端口噪声网络模型来对噪声加以论述：图2-2二端口网络模型对于图2-2所示的二端口网络模型，我们用一个外部的噪声源代替电路内部存在的所有噪声的影响。图2-3含噪声的二端口网络模型由图2-3所示，二端口网络变成了无噪声的网络，所有的内部噪声都转化为了外部噪声为对该网络的输入，通过这种方式，我们可以很快计算出该二端口网络的噪声系数,同时，还有另外一个更为简单而且有效的方法，通过计算二端口
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LTE技术的无线视频监控业务[J]. 焦阳. 中国铁路. 2012(08)
[2]天线VSWR故障分析[J]. 李敬远. 科技与企业. 2012(07)
[3]MOMENTUM法设计微波功率放大器[J]. 韩红波,郝跃,冯辉,任媛媛. 空间电子技术. 2009(03)
[4]弹性速率补偿电路的噪声产生原因及抑制方法[J]. 王宁. 电子元器件应用. 2006(04)
[5]移动通信系统从1G到4G的演进[J]. 钱静,酆广增. 江苏通信技术. 2001(06)
博士论文
[1]无生产线模式微波单片集成电路设计与实验研究[D]. 李芹.东南大学 2005
硕士论文
[1]射频电路关键模块研究与设计[D]. 侯建峰.北京理工大学 2016
[2]基于导航芯片LNA的多频化及小型化研究[D]. 王磊.青岛理工大学 2013
[3]面向4G无线通信接收机的具有多级噪声抵消技术的LNA设计[D]. 姚春琦.天津大学 2012
[4]宇航用低噪声放大器研制及其可靠性研究[D]. 张全.西安电子科技大学 2012
[5]北斗卫星导航系统中射频前端电路的研究与设计[D]. 杨阳.南京邮电大学 2012
[6]卫星导航接收机射频前端设计[D]. 拓勇.西安电子科技大学 2012
[7]PIN功率开关的研制[D]. 贾玉伟.电子科技大学 2011
[8]北斗高精度测量型天线的研究[D]. 周梓发.广东工业大学 2011
[9]Ka波段TR部件的研究与设计[D]. 张志鸿.电子科技大学 2011
[10]基于GaAs HEMT的低噪声放大器设计与实现[D]. 康瑞媛.西安电子科技大学 2009
本文编号：2932226
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