基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计

毕业设计（论文）题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计所属院(系)物电学院专业班级电子1201姓名石晟学号：1213014014指导老师贾建科完成地点物电学院实验室2016年6月5日陕西理工学院毕业论文毕业论文﹙设计﹚任务书院(系)物电学院专业班级电子信息工程学生姓名石晟一、毕业论文﹙设计﹚题目基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计二、毕业论文﹙设计﹚工作自2016年2月20日起至2016年6月20日止三、毕业论文﹙设计﹚进行地点:物电学院实验室四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：快速发展的无线通信对微波射频电路如低噪声放大器提出更高的性能.低噪声放大器(LNA)广泛应用于微波接收系统中,是重要器件之一,主要用来放大低电平信号,由于是自天线下来第一个进行信号处理的器件,LNA决定了整个系统的噪声性能和电压驻波比VSWR,并对动态范围有着较大的影响.微波低噪声放大器的过程中，往往需要对驻波比和噪声性能参数指标进行处理。那么如何对这两个性能参数进行处理就成为低噪声放大器设计中的一个难点。这个难点的最好解决方法就是放在放大器输入输出匹配网络的设计中来解决。本设计是利用微波射频仿真软件ADS对微波低噪声放大器进行仿真设计，掌握微波射频电路的工程设计理论和设计方法，提高专业素质和工程实践能力。其具体要求如下：1、分析微波低噪声放大器的各项参数；2、查找相关资料并翻译相关的英文资料；3、设计一微波低噪声放大器，根据所选器件,设计相应偏置电路；4、设计输入输出匹配电路，并利用仿真软件ADS对设计进行仿真验证。进度安排:2月20日─3月1日：查阅资料、完成英文资料翻译并准备开题报告3月2日─4月1日：熟悉软件的使用并提交开题报告4月2日─5月1日：完善开题报告、研究微波低噪声放大器的理论设计方法、并建立偏置电路和匹配电路，进行期中检查。5月2日─5月30日：利用软件建立微波低噪声放大器模型并进行仿真验证，准备验收。6月1日─6月10日：撰写毕业设计论文并提交论文6月11日─6月15日：毕业设计答辩。毕业设计应收集资料及参考文献:[1]低噪声放大器(LNA)[J].通信技术,2016(01)[2]杨宇航.基于WCDMA直放站模拟预失真功率放大器的研究[D]电子科技大学，2009.[3]林志凯.具有内外置天线切换功能的新型双射频低噪放大电路的研究[D]广东工业大学，2013.[4]郑磊.微波宽带低噪声放大器的设计.电子科技大学硕士学位论文.2006.[5]孙安峰.微波低噪声放大器模块的设计与实现.西安电子科技大学硕士学位论文.2012.[6]方伟.800MHz射频功率放大器的研制[D].南昌大学硕士学位论文.2007指导教师系(教研室)系(教研室)主任签名批准日期接受论文(设计)任务开始执行日期学生签名陕西理工学院毕业论文基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计学生：石晟（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业电子1201班级，陕西汉中723000）指导老师：贾建科[摘要]低噪声放大器用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路,低噪声放大器也主要面向移动通信基础设施基站应用。基于此,提出微波低噪声放大器设计,运用先进设计系统（ADS）仿真软件设计一个基于BJT的低噪声放大器。本次设计选取惠普公司的AT32011晶体管，设计的主要指标为噪声系数小于3dB，增益系数大于11dB，输入驻波比小于1.7，输出驻波比小于2.2。给出了偏置电路、输入输出阻抗匹配电路。仿真结果表明噪声系数为1.756dB，增益11.909dB，输入驻波比1.681，输出驻波比2.007，满足设计指标要求。[关键词]低噪声放大器晶体管噪声系数ADS陕西理工学院毕业论文SimulationdesignofmicrowavelownoiseamplifierbasedontheADSShiSheng(Grade12,Class1,Majorelectronicsandinformationengineering，ElectronicsandinformationengineeringDept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong，723000，Shaanxi)Tutor:JiaJiankeAbstract:Lownoiseamplifierisusedtoallkindsofhighorintermediatefrequencyradioreceiverpreamplifier,andsensitiveelectronicdetectionequipment,mainlylownoiseamplifierformobilecommunicationsinfrastructurebasestationapplications.Basedonthis,thispaperpresentsmicrowavelownoiseamplifierdesign,anddesignsaBJT-basedlownoiseamplifierwithadvanceddesignsystem(ADS)simulationsoftware.ThedesignselectedHP'sAT32011transistor.Themainindicatorsforthenoisefactoroflessthan3dB,gaingreaterthan11dB,inputVSWRlessthan1.7,theoutputVSWRlessthan2.2.Giventhebiascircuit,theinputandoutputimpedancematchingcircuit.Thesimulationresultsshowthatthenoisefactoris1.756dB,gain11.909dB,inputVSWR1.681,2.007andoutputVSWR,andthedesignmeetthedesignrequirements.Keywords:lownoiseamplifiertransistornoisefactorADS陕西理工学院毕业论文目录一．绪论................................................11.1概述..............................................11.2微波低噪声放大器的应用............................11.3微波低噪声放大器的发展现状........................21.4本次毕业设计的意义和主要工作内容..................3二．低噪声放大器的理论基础.............................42.1放大器的稳定性....................................42.2放大器的功率增益..................................42.3低噪声放大器输入输出驻波比........................52.4低噪声放大器的噪声系数............................52.5S参数的定义.......................................62.6S参数的物理意义...................................6三．低噪声放大器的仿真.................................73.1低噪声放大器的设计指标............................73.2选取晶体管........................................73.2.1创建项目.....................................73.2.2创建原理图...................................73.2.3在ADS元器件库中选取晶体管...................83.2.4晶体管静态工作点仿真.........................93.2.5晶体管的S参数扫描..........................103.2.6晶体管选取总结..............................11陕西理工学院毕业论文3.3SP模型的仿真.....................................123.3.1创建原理图..................................123.3.2搭建原理图并仿真SP模型的输入输出阻抗.......123.3.3设计输入匹配网络............................143.3.4设计并优化输入输出匹配网络..................183.3.5低噪声放大器设计指标的实现..................223.4偏置电路.........................................243.4.1计算偏执网络的电阻..........................243.4.2设计偏置网络................................263.5最终整体电路.....................................27四．结论...............................................28参考文献...............................................29致谢....................................................30附录A外文文献........................................31附录B外文文献翻译....................................36陕西理工学院毕业论文第1页共39页一．绪论1.1概述低噪声放大器，通常作为各类无线电接收机的高频或者中频前置放大器，以及一些高灵敏度的电子探测设备的放大电路。位于放大微弱信号的场合，放大器本身产生的噪声对信号的干扰也许会很严重，所以希望减小此类噪声，以达到提高输出的信噪比的目的。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数F=1（即0dB），其表现的物理意义为输出信噪比等于输入信噪比。[1]现代设计的低噪声放大器一般都采用晶体管、场效应晶体管进行制作；微波低噪声放大器则利用变容二极管参量放大器，常温下参放的噪声温度Te能够低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下。砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。放大器的噪声系数也与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。为了同时保证低噪声和高增益的技术达标，常采用共发射极一共基极基联的低噪声放大电路。[2]AdvancedDesignSystem（ADS）软件是Agilent公司在HPEESOFEDA软件基础上发展完善的大型综合设计软件。该软件功能多样、强大，能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计。广泛应用于通信、航天等领域。本文重点讲解利用ADS软件来设计微波低噪声放大器的仿真以及优化。1.2微波低噪声放大器的应用低噪声放大器(LNA)主要面向的是移动通信基础设施基站应用，比如收发器无线通信卡、塔顶放大器(TMA)、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计，同时为低噪声指数(NF,NoiseFigure)立下了新的标杆。低噪声放大器是雷达、电子对抗及遥测遥控接受系统等的核心部件。L、S波段的低噪声放大器通常用作遥测、遥控系统。在电子对抗、雷达侦察中，由于需要接收到的信号的频率范围无法准确得知，其实频率范围也是要侦察的内