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UHF宽带低噪声放大器设计方案解析
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2017-11-09
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1 引言
低噪声放大器（low-noise amplifier，简称LNA）是射频接收机前端的主要部件。它的增益、噪声、线性度等直接影响整个电路系统的性能。UHF频段从300～3000MHz，是当前无线通信应用比较集中的一个频段，如WLAN、GPS、GSM等等，所以该频段对射频模块电路的需求量大。本文利用EM/circuit 协同仿真设计了一款覆盖整个UHF频段的宽带低噪声放大器，给出了具体实例。
2 LNA设计思路
主要设计指标：频率500～3000MHz，增益≥14dB，平坦度±0.5dB，输入输出回波损耗》10dB，NF≤1.4dB，输出P-1≥14dBm，工作电压3.3v，电流《100mA。微波放大器根据功能可以分为低噪声放大器（LNA）， 功率放大器（PA）和驱动放大器（Driver Amplifier）。对于低噪声放大器的设计，器件选择十分重要，以噪声系数为评价指标对器件排序如下：HEMT》JFET，MESFET》HBT》BJT》CMOS我们综合成本和性能的要求，选择Agilent的ATF-54143，它是HEMT，噪声系数很低，而且在3GHz时，MAG还有19.77dB （Vds=3V，Ids=20mA）。
首先考虑放大器的稳定性，一般放大器不是全频带稳定的，将一个放大器简化为一个二端口网络，则无条件稳定条件可表示为：
从而可以得到输入和输出的稳定性判定因子及稳定系数分别为
（其中：Δ=S11S22 - S21S12）它们分别是源和负载端的稳定性判定因子，只要它们之中有一个大于1，另外一个也必然大于1，而且K也会大于1，此时放大器无条件稳定。对于LNA，电阻的出现会提高放大器的稳定性，降低放大器的增益，增加放大器的噪声，所以最好把稳定放大器的电阻放到输出端去，同时由于放大器一般是在某些频段不稳定的，这时可以对电阻元件引入并联或串联电容，使得电阻对某些特定频率进行较大衰减，这样将对不稳定频段的稳定性有所改善，同时尽可能少的影响其它频段的稳定系数K，这是因为
低噪声放大器（low-noise amplifier，简称LNA）是射频接收机前端的主要部件。它的增益、噪声、线性度等直接影响整个电路系统的性能。UHF频段从300～3000MHz，是当前无线通信应用比较集中的一个频段，如WLAN、GPS、GSM等等，所以该频段对射频模块电路的需求量大。本文利用EM/circuit 协同仿真设计了一款覆盖整个UHF频段的宽带低噪声放大器，给出了具体实例。
2 LNA设计思路
主要设计指标：频率500～3000MHz，增益≥14dB，平坦度±0.5dB，输入输出回波损耗》10dB，NF≤1.4dB，输出P-1≥14dBm，工作电压3.3v，电流《100mA。微波放大器根据功能可以分为低噪声放大器（LNA）， 功率放大器（PA）和驱动放大器（Driver Amplifier）。对于低噪声放大器的设计，器件选择十分重要，以噪声系数为评价指标对器件排序如下：HEMT》JFET，MESFET》HBT》BJT》CMOS我们综合成本和性能的要求，选择Agilent的ATF-54143，它是HEMT，噪声系数很低，而且在3GHz时，MAG还有19.77dB （Vds=3V，Ids=20mA）。
首先考虑放大器的稳定性，一般放大器不是全频带稳定的，将一个放大器简化为一个二端口网络，则无条件稳定条件可表示为：
从而可以得到输入和输出的稳定性判定因子及稳定系数分别为
（其中：Δ=S11S22 - S21S12）它们分别是源和负载端的稳定性判定因子，只要它们之中有一个大于1，另外一个也必然大于1，而且K也会大于1，此时放大器无条件稳定。对于LNA，电阻的出现会提高放大器的稳定性，降低放大器的增益，增加放大器的噪声，所以最好把稳定放大器的电阻放到输出端去，同时由于放大器一般是在某些频段不稳定的，这时可以对电阻元件引入并联或串联电容，使得电阻对某些特定频率进行较大衰减，这样将对不稳定频段的稳定性有所改善，同时尽可能少的影响其它频段的稳定系数K，这是因为
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