一种双频滤波低噪声放大器的设计与实现
发布时间：2021-01-04 00:51
随着现代通信技术的迅猛发展,无线通信器件性能也随着需求愈发优异。射频电子器件在通信设备中发挥着重大作用的同时,也面临着性能亟待提升的巨大挑战。降低噪声,放大信号与滤波作为射频电路系统的功能实现中必不可少的组成部分,实现这些功能的低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA）与滤波器在射频系统中占据着不可替代的作用。如今,随着研究不断深入,射频电子器件朝着高性能,小型化,轻重量与低成本方向发展。同时,由于无线通信领域的蓬勃发展,许多设备需要同时使用多个频段,促进了通信设备朝着多频化方向的发展。因此,本文使用一种协同设计的方法,将射频前端的LNA与双频滤波器进行协同设计,能实现多通带通信,并在改善电路性能的同时实现电路小型化的目的。本文首先介绍了LNA的设计基础理论,同时给出LNA设计的主要性能参数。根据设计思路及性能参数要求,通过电磁仿真软件ADS进行仿真设计,设计出一款工作在S波段的两级LNA,经过优化得到设计方案并加工成实物。两级LNA加工实物测试结果表明:在2.3GHz到2.6GHz频段内,噪声系数小于1.12dB,增益大于30dB。之后,介绍了多模谐振器的理论研究...
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接收机的一般原理图
电子科技大学硕士学位论文16基础，也是设计高频放大器的至关重要的知识点，只有充分了解并应用这些相关知识，才能设计出具有高性能的放大器。2.4低噪声放大器的设计根据之前给出的LNA的理论基础，确定设计指标，可进行LNA的实际设计。2.4.1LNA的设计指标设定的初始指标（两级）：工作频带：2.3GHz-2.6GHz增益：大于30dB噪声系数：小于1.2dB输入输出驻波比：小于1.52.4.2晶体管及基板材料的选取晶体管是射频放大电路的核心器件器件，是放大器设计中不可或缺的组件。伴随着现代器件工艺的研究与不断发展，各种新型半导体持续创新。射频管分为双极型与场效应管[58]。场效应管是单极型器件，为电压控制型器件，种类多样，其中，HEMT（高电子迁移率晶体管）是使用较多的一种器件，其具有噪声低，功率增益高等优点，在LNA等一些射频放大电路的设计中经常使用。根据系统指标要求，封装，加工成本等各方面综合考虑，最后选取了Avago公司生产的射频管ATF54143进行此次设计。其典型性能参数如图2-2所示。图2-2ATF54143典型参数
第二章低噪声放大器的理论与设计17基板材料是整个器件实现的基础，基板参数会直接影响整个设计的性能结果，因此在选择时，应该根据自己设计器件所要达到的效果，同时考虑制作成本，选择一款合适的基板材料进行设计。本文采用的基板是RO4350，其具体参数为：3.66r，tan0.04，H0.508mm。r为介电常数，tan为介质损耗因数，H为基板厚度。此基板介质损耗低、介电常数低，且成本低。因此综合考虑将其作为本文设计的基板材料。2.4.3LNA原理图仿真设计先进系统设计（AdvancedDesignSystem,ADS）为Agilent（安捷伦）公司地一款EDA工具，是目前射频电路和系统设计研发过程中最常用的辅助设计工具。其可进行时、频域仿真，模拟、数字电路的仿真，线性、非线性电路仿真，功能极其强大，且具有较高的准确性，小到单独元器件，大到系统，数/模混合均可用其进行仿真。确定了晶体管类型及基板材料后就可使用ADS进行低噪声放大器的设计与仿真，图2-3为晶体管放大电路示意图。图2-3晶体管放大电路示意图2.4.3.1直流偏置电路设计（1）选取合适的静态工作点。直流偏置给射频管提供了静态工作点，抑制了温度变化造成的影响，使得射频管工作特性恒定[63]。设置静态工作点，确定驱动电压和电流值，确保放大器工作在线性放大区域。（2）偏置网络结构选龋本文所使用的晶体管的漏极及栅极供电电压皆为正，因此可采用单电源供电，再通过电阻进行分压，因此没有供电顺序之说。且使用频段较低，因此可采用一系列的电容和电感，使增益较为平坦。常采用一大一小两个电感，避免谐振。2.4.3.2稳定性设计在设计LNA前，要确保电路的绝对稳定性。正如前文所阐述的，在微带线电
【参考文献】：
期刊论文
[1]E型可调多枝节SIR双通带滤波器[J]. 吴奕霖,王新怀. 微波学报. 2016(S1)
[2]小型化SIR同轴腔体双通带滤波器研究[J]. 胡海平,李国辉,房卫东,程孝奇. 电子元件与材料. 2012(08)
[3]微带多耦合SIR带通滤波器的设计[J]. 陈世勇,刘丹平,张冬雪,谭晓衡. 重庆大学学报. 2008(10)
[4]S波段低噪声放大器的分析与设计[J]. 张士化,何子述. 现代电子技术. 2005(18)
博士论文
[1]基于多模谐振器的高性能微带滤波器设计[D]. 杨倩.西安电子科技大学 2017
硕士论文
[1]L波段双频宽带低噪声放大器的研究与设计[D]. 张逸松.广东工业大学 2017
[2]微波滤波器诊断技术及其应用研究[D]. 朱爽.南京航空航天大学 2017
[3]微带多模谐振器的研究及其在滤波器设计中的应用[D]. 雷梦丹.西安电子科技大学 2015
[4]双通带独立可调微带滤波器的设计[D]. 翟晓飞.华中科技大学 2015
[5]微带线宽带与多通带滤波器的研究与设计[D]. 江涛.电子科技大学 2013
[6]S波段低噪声放大器的设计与优化[D]. 伍东兴.西安电子科技大学 2013
[7]基于阶跃阻抗谐振器的多频/多模微带滤波器设计[D]. 赵鑫.南京航空航天大学 2012
[8]Ka频段MMIC高功率放大单片研制[D]. 高铭.电子科技大学 2012
[9]基于ADS的S波段的低噪声放大器设计[D]. 王腾飞.安徽大学 2011
[10]微波平面双模及多模滤波器设计与研究[D]. 莫绍国.电子科技大学 2010
本文编号：2955818
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接收机的一般原理图
电子科技大学硕士学位论文16基础，也是设计高频放大器的至关重要的知识点，只有充分了解并应用这些相关知识，才能设计出具有高性能的放大器。2.4低噪声放大器的设计根据之前给出的LNA的理论基础，确定设计指标，可进行LNA的实际设计。2.4.1LNA的设计指标设定的初始指标（两级）：工作频带：2.3GHz-2.6GHz增益：大于30dB噪声系数：小于1.2dB输入输出驻波比：小于1.52.4.2晶体管及基板材料的选取晶体管是射频放大电路的核心器件器件，是放大器设计中不可或缺的组件。伴随着现代器件工艺的研究与不断发展，各种新型半导体持续创新。射频管分为双极型与场效应管[58]。场效应管是单极型器件，为电压控制型器件，种类多样，其中，HEMT（高电子迁移率晶体管）是使用较多的一种器件，其具有噪声低，功率增益高等优点，在LNA等一些射频放大电路的设计中经常使用。根据系统指标要求，封装，加工成本等各方面综合考虑，最后选取了Avago公司生产的射频管ATF54143进行此次设计。其典型性能参数如图2-2所示。图2-2ATF54143典型参数
第二章低噪声放大器的理论与设计17基板材料是整个器件实现的基础，基板参数会直接影响整个设计的性能结果，因此在选择时，应该根据自己设计器件所要达到的效果，同时考虑制作成本，选择一款合适的基板材料进行设计。本文采用的基板是RO4350，其具体参数为：3.66r，tan0.04，H0.508mm。r为介电常数，tan为介质损耗因数，H为基板厚度。此基板介质损耗低、介电常数低，且成本低。因此综合考虑将其作为本文设计的基板材料。2.4.3LNA原理图仿真设计先进系统设计（AdvancedDesignSystem,ADS）为Agilent（安捷伦）公司地一款EDA工具，是目前射频电路和系统设计研发过程中最常用的辅助设计工具。其可进行时、频域仿真，模拟、数字电路的仿真，线性、非线性电路仿真，功能极其强大，且具有较高的准确性，小到单独元器件，大到系统，数/模混合均可用其进行仿真。确定了晶体管类型及基板材料后就可使用ADS进行低噪声放大器的设计与仿真，图2-3为晶体管放大电路示意图。图2-3晶体管放大电路示意图2.4.3.1直流偏置电路设计（1）选取合适的静态工作点。直流偏置给射频管提供了静态工作点，抑制了温度变化造成的影响，使得射频管工作特性恒定[63]。设置静态工作点，确定驱动电压和电流值，确保放大器工作在线性放大区域。（2）偏置网络结构选龋本文所使用的晶体管的漏极及栅极供电电压皆为正，因此可采用单电源供电，再通过电阻进行分压，因此没有供电顺序之说。且使用频段较低，因此可采用一系列的电容和电感，使增益较为平坦。常采用一大一小两个电感，避免谐振。2.4.3.2稳定性设计在设计LNA前，要确保电路的绝对稳定性。正如前文所阐述的，在微带线电
【参考文献】：
期刊论文
[1]E型可调多枝节SIR双通带滤波器[J]. 吴奕霖,王新怀. 微波学报. 2016(S1)
[2]小型化SIR同轴腔体双通带滤波器研究[J]. 胡海平,李国辉,房卫东,程孝奇. 电子元件与材料. 2012(08)
[3]微带多耦合SIR带通滤波器的设计[J]. 陈世勇,刘丹平,张冬雪,谭晓衡. 重庆大学学报. 2008(10)
[4]S波段低噪声放大器的分析与设计[J]. 张士化,何子述. 现代电子技术. 2005(18)
博士论文
[1]基于多模谐振器的高性能微带滤波器设计[D]. 杨倩.西安电子科技大学 2017
硕士论文
[1]L波段双频宽带低噪声放大器的研究与设计[D]. 张逸松.广东工业大学 2017
[2]微波滤波器诊断技术及其应用研究[D]. 朱爽.南京航空航天大学 2017
[3]微带多模谐振器的研究及其在滤波器设计中的应用[D]. 雷梦丹.西安电子科技大学 2015
[4]双通带独立可调微带滤波器的设计[D]. 翟晓飞.华中科技大学 2015
[5]微带线宽带与多通带滤波器的研究与设计[D]. 江涛.电子科技大学 2013
[6]S波段低噪声放大器的设计与优化[D]. 伍东兴.西安电子科技大学 2013
[7]基于阶跃阻抗谐振器的多频/多模微带滤波器设计[D]. 赵鑫.南京航空航天大学 2012
[8]Ka频段MMIC高功率放大单片研制[D]. 高铭.电子科技大学 2012
[9]基于ADS的S波段的低噪声放大器设计[D]. 王腾飞.安徽大学 2011
[10]微波平面双模及多模滤波器设计与研究[D]. 莫绍国.电子科技大学 2010
本文编号：2955818
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