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低噪声放大器, 噪声系数很低的放大器。一般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。在放大微弱信号的场合,放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重,因此希望减小这种噪声,以提高输出的信噪比。
噪声放大器(LNA)主要面向移动通信基础设施基站应用,例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,并为低噪声指数(NF, Noise Figure)立下了新标竿。目前无线通信基础设施产业正面临必须在拥挤的频谱内提供最佳信号质量和覆盖度的挑战,接收器灵敏度是基站接收路径设计中最关键的要求之一,合适的LNA选择, 特别是第一级LNA可以大幅度改善基站接收器的灵敏度表现,低噪声指数也是关键的设计目标,Avago提供了1900MHz下0.48dB同级产品最佳的噪声指数。 另一个关键设计为线性度,它影响了接收器分辨紧密接近信号和假信号分别的能力,三阶截点OIP3可以用来定义线性度,在1900MHz和5V/51mA的典型工作条件下,Avago特有的GaAs增强模式pHEMT工艺技术可以带来0.48dB的噪声指数和35dBm的OIP3,在2500MHz和5V/56mA的典型工作条件下,噪声指数为0.59dB,OIP3则为35dBm。通过低噪声指数和高OIP3,这些Avago的新低噪声放大器可以提供基站接收器路径比现有放大器产品更大的设计空间。
可调整能力和共通引脚安排带来设计优化和灵活度
内置有源偏压电路,Avago低噪声放大器的工作电流可以调整,使设计工程师可以在工作功耗和输出线性度间进行取舍,通过OIP3的测量并维持最佳的噪声指 数,基站设计工程师可以拥有使用相同Avago低噪声放大器满足各种设计需求和不同地区要求的灵活度。 由于必须在发射和接收电路卡中加入更多的通信频道,印刷电路板的空间也成为基站设计工程师所面临的另一项关键设计挑战,Avago选用了小型4 mm2的QFN封装来满足这个市场需求,这两款新低噪声放大器采用和Avago现有900MHz低噪声放大器MGA-633P8相同的封装尺寸、引脚安排和外部匹配电路,可以在不同频带工作的所有基站射频前端设计上使用共通的印刷电路板设计,减少为不同频带和地区市场提供基站解决方案时所需要的印刷电路板设计数量。
·1500MHz到2300MHz工作
同级最佳噪声指数(NF):0.48dB @ 1900MHz
35dBm OIP3
17.8dB增益
21dBm P1dB @ 1900MHz
·2300MHz到4000MHz工作
低噪声指数(NF):0.59dB @ 2500MHz
35dBm OIP3
17.5dB增益
22dBm P1dB @ 2500MHz
·单一5V电源,低功耗
典型51mA (1500MHz - 2300MHz)
典型56mA (2300MHz - 4000MHz)
·器件采共通引脚安排和匹配电路
简化印刷电路板设计和生产
·采用特有工艺:0.25μm GaAs增强模式pHEMT
封装和温度范围
这两款低噪声放大器采用2.0 x 2.0 x 0.85 mm大小,符合RoHS要求的8引脚表面贴装QFN封装供货,所有器件都可以在-40oC到+85oC的宽广温度范围下工作。
地球站的品质因数(G/T)主要取决于天线和低噪声放大器(LNA)的性能。接收系统的噪声温度Ts是指折算到LNA输入端的系统等效噪声温度,它主要由天线噪声温度TA、馈线损耗LALA和低噪声接收机噪声三个部分组成,如图所示。
因此Ts之值为
Tss==Te ++ TaTA/LaA ++(1 -- 1/LaLA)To
式中:
TsTs为接收系统噪声温度
To为接收系统折算到LNA输入端的等效噪声温度
TaTA为天线噪声温度
LaLAA为馈线损耗(真值)
To 为环境温度(To==293K)
可以算出,当馈线损耗增大0.1dB时,系统噪声温度就要增加约6.7K。可见馈线损耗对系统噪声温度影响极大,故馈线要尽可能短。实际上地球站的LNA往往直接安装在馈源尾端的机舱中。
噪声系数很低的放大器。一般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。在放大微弱信号的场合,放 大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重,因此希望减小这种噪声,以提高输出的信噪比。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(0分贝),其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管;微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器,常温 参放的噪声 温度Te可低于几十度(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。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求,常采用共发射极一共基极基联的低噪声放大电路。
低噪声放大器, 噪声系数很低的放大器。一般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。在放大微弱信号的场合,放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重,因此希望减小这种...
低噪声放大器的原理:1. 隔离器:主要用于高频信号的单向输入,对于反向的高频信号进行隔离,同时对各端口的驻波进行匹配。2. 低噪声管:ATF54143,利用管子的低噪声特性,减少模块的内部噪声,降低低...
低噪声放大器和高功放的区别:两者的使用位置不一样:低噪声放大器一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器;高功放则用于发射机的末级。低噪声放大器: 噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的...
在放大微弱信号的场合,放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重,因此希望减小这种噪声,以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系 数F(见放大)来表示或用取对数值的噪声系数FN表示FN=10lgF(dB)
理想放大器的噪声系数F=1(0分贝),其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。设计良好的低噪声放大器的FN可达3分贝以下。在噪声系数很低的场合,通常也用噪声温度Te作为放大器噪声性能的量度:Te=T0(F-1)。式中T0为室温。在这里,它和噪声温度Te的单位都是开尔文(K)。
多级放大器的噪声系数F主要取决于它的前置级。若F1,F2,…,Fn依次为各级放大器的噪声系数,则式中A1,…,An-1依次为各级放大器的功率增益。前置级的增益A1越大,则其后各级放大器对总噪声系数F的影响越小。
单级放大器的噪声系数主要取决 于所用的有源器件及其工作状态。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管;微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器,常温参放的噪声温度Tθ可低于几十度(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。
晶体管的自身噪声由下列四部分组成。①闪烁噪声,其功率谱密度随频率f的降低而增加,因此也叫作1/f噪声或低频噪声。频率很低时这种噪声较大,频率较高时(几百赫以上)这种噪声可以忽略。②基极电阻rb'b的热噪声和。③散粒噪声,这两种噪声的功率谱密度基本上与频率无关。④分配噪声,其强度与f的平方成正比,当f高于晶体管的截止频率时,这种噪声急剧增加。图1是晶体管噪声系数F随频率变化的曲线。对于低频,特别是超低频低噪声放大器,应选用1/f噪声小的晶体管;对于中、高频放大,则应尽量选用高的晶体管,使其工作频率范围位于噪声系数-频率曲线的平坦部分。
场效应晶体管没有散粒噪声。在低频时主要是闪烁噪声,频率较高时主要是沟道电阻所产生的热噪声。通常它的噪声比晶体管的小,可用于频率高得多的低噪声放大器。
放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。图2是考虑了自身噪声的放大器模型。us和Rs分别为信源电压和内阻,Rs的热噪声电压均方值等于4kTRs墹f,式中T为绝对温度,k为玻耳兹曼常数,墹f为放大器通带。放大器自身噪声用噪声电压均方值和噪声电流均方 值表示,它们是晶体管工作状态的函数,可以用适当方法来测量。这样,放大器的噪声系数F可写作放大管的直流工作点一旦确定,和亦随之确定,这样,噪声系数F将主要是信源内阻Rs的函数。Rs有一使F为最小的最佳值(图3)。
在工作频率和信源内阻均给定的情况下,噪声系数也和晶体管直流工作点有关。发射极电流IE有一使噪声系数最小的最佳值,典型的F-IE曲线如图4所示。
晶体管放大器的噪声系数基本上与电路组态 无关。但共发射极放大器具有适中的输入电阻,F为最小时的最佳信源电阻Rs和此输入电阻比较接近,输入电路大体上处于匹配状态,增益较大。共基极放大器的输入电阻小,共集电极放大器的输入阻抗高,两者均不易同时满足噪声系数小和放大器增益高的条件,所以都不太适于作放大键前置级之用。为了兼顾低噪声和高增益的要求,常采用共发射极-共基极级联的低噪声放大电路。
LNA经历了早期液氦致冷的参量放大器、常温参量放大器的发展过程,随着现代科学技术的高速发展,近几年已被微波场效应晶体管放大器所取代,此种放大器具有尺寸小、重量轻和成本低的优异特性。特别是在射频特性方面具有低噪声、宽频带和高增益的特点。在C、Ku、Kv 等频段中已被广泛的使用,目前常用的低噪声放大器的噪声温度可低于45K。
甚低频低噪声放大器噪声系数测量
使用晶体管多管组合构成甚低频低噪声放大器可以获得较低的噪声系数,在深水无线电接收中有重要应用。这种放大器噪声电压约为3nv/sqrt(Hz),其指标已经远小于常用的频谱分析仪灵敏度指标,难以实现直接测量。正是由于其特殊性,甚低频低噪声放大器噪声系数的测量方案必须重新设计。论文详细讨论了影响低噪声放大器噪声系数测量的各种因素,包括阻抗匹配、射频信号发生器的背景干扰等因素,提出了完整的测量方案及实施步骤。
微波低噪声放大器装置在微波接收机的输入端,放大接收机的噪声电平,直接决定接收机所能够接收的最低信号电平,所以低噪声放大器对提高接收机的灵敏度具有重要作用。微波低噪声放大器由微波低噪声晶体管及微带电路组成,利用散射参量进行设计。微波低噪声晶体管随着工艺,结构、材料的进步,发展很快。
CMOS工艺的低电压低噪声放大器研究,外文名是Research on low voltage low noise amplifier with CMOS technology,作者是刘宝宏。
副题名
外文题名
Research on low voltage low noise amplifier with CMOS technology
论文作者
刘宝宏著
导师
毛军发指导
学科专业
学位级别
工学博士
学位授予单位
上海交通大学
学位授予时间
2011
关键词
馆藏号
馆藏目录
\ \
2100433B
第1章 射频电路设计与主要仿真软件简介 1
1.1 无源器件工程设计和仿真软件HFSS介绍 1
1.2 有源器件工程设计和仿真软件ADS介绍 2
1.3 微波系统工程设计介绍 4
第2章 射频放大器的设计 6
2.1 低噪声放大器技术及一般设计方法 6
实例1:基于AT-41511的低噪声放大器设计 6
实例2:C波段低噪声放大器设计 10
实例3:毫米波低噪声放大器设计 15
实例4:C波段放大器设计 18
2.2 普通放大器的技术及一般设计方法 20
实例5:L波段放大器 20
实例6:中频MF放大器设计 21
2.3 功率放大器技术及一般设计方法 22
实例7:900MHz功放设计 22
实例8:毫米波功放设计 30
实例9:高频HF功放设计 32
2.4 功放预失真技术及设计方法 35
实例10:二极管预失真线性化功放的设计 35
2.5 Doherty 功放技术及设计方法 38
实例11:一种Doherty 功放的设计 39
第3章 频率源的设计 42
3.1 VCO技术及振荡器一般设计方法 42
实例12:200MHz VCO的设计 43
实例13:一种900MHz振荡器的设计 45
实例14:1 800MHz VCO的设计 46
3.2 PLL技术及设计 49
实例15:用ADISimPLL设计3GHz点频锁相环 50
实例16:用ADS设计880~915MHz的PLL 53
3.3 双环频率合成器的设计 58
实例17:一种改善相噪的900MHz双环频率源设计 58
3.4 介质振荡器技术及设计 60
实例18:一种10.5GHz介质振荡器的设计 60
实例19:一种9GHz介质振荡器的设计 64
3.5 DDS频率源技术及设计 66
实例20:DDS频率源的设计 66
实例21:DDS+PLL频率源的设计 68
第4章 混频器的设计 72
4.1 单端混频器设计 72
实例22:二极管混频器的设计 72
实例23:三极管混频器的设计 74
4.2 单平衡混频器设计 77
实例24:二极管单平衡混频器的设计 77
4.3 双平衡混频器技术 81
实例25:二极管双平衡混频器的设计 81
4.4 基于RFIC/MMIC的混频电路设计 82
实例26:一种U波段混频电路的设计 82
实例27:一种毫米波混频电路的设计 83
第5章 微波滤波器、双工器和多工器设计 85
5.1 波导滤波器的设计 85
实例28:一种K波段波导滤波器的设计 85
实例29:一种KU波段圆腔双模滤波器的设计 88
5.2 介质滤波器的设计 90
实例30:一种L波段介质滤波器的设计 90
5.3 微带滤波器的设计 94
实例31:平行耦合微带滤波器设计 94
实例32:发夹形微带滤波器设计 96
实例33:交指微带滤波器设计 98
实例34:微带低通滤波器的设计 99
实例35:微带高通滤波器的设计 100
实例36:毫米波微带滤波器的设计 102
实例37:交叉耦合微带滤波器的设计 104
实例38:一种新型混合耦合微带滤波器的设计 106
5.4 同轴腔体滤波器的设计 108
实例39:900MHz同轴滤波器的设计 108
实例40:四腔同轴交叉耦合滤波器的设计 110
实例41:三腔同轴交叉耦合滤波器的设计 112
实例42:交指滤波器的设计 114
5.5 螺旋滤波器的设计 117
实例43:350MHz螺旋滤波器的设计 117
实例44:800MHz螺旋滤波器的设计 120
5.6 LC滤波器的设计 122
实例45:LC低通滤波器的设计 122
实例46:LC高通滤波器的设计 124
实例47:LC带通滤波器的设计 126
实例48:LC加极点带通滤波器的设计 128
实例49:一种新型高性能LC带通滤波器的设计 130
实例50:大功率LC滤波器的设计 132
5.7 双工器的设计 133
实例51:腔体双工器的设计 133
实例52:交叉耦合同轴双工器的设计 135
实例53:波导双工器的设计 137
实例54:LC双工器的设计 138
5.8 射频多工器的设计 140
实例55:同轴多工器的设计 140
实例56:LC多工器的设计 140
第6章 功率分配器的设计 143
6.1 电抗功分器的设计 143
实例57:二功分电抗功分器的设计 143
实例58:三功分电抗功分器的设计 145
实例59:四功分电抗功分器的设计 146
6.2 环形桥功分器和威尔金森功分器的设计 148
实例60:2GHz环形桥功分器设计 148
实例61:威尔金森功分器的设计 150
6.3 波导功分器和一种新型功分器的设计 151
实例62:一种新型大功率同轴腔体功分器设计 151
实例63:波导功分器的设计 153
第7章 耦合器的设计 156
实例64:兰格耦合器的设计 156
实例65:宽带腔体式电桥的设计 158
实例66:微带分支线型耦合器的设计 159
实例67:波导分支线型耦合器的设计 161
实例68:一种新型毫米波波导窄边耦合器的设计 162
实例69:波导定向耦合器的设计 163
实例70:一种新型同轴高方向性定向耦合器的设计 165
第8章 功率衰减器的设计 168
8.1 电阻衰减器的设计 168
实例71:T形电阻衰减器的设计 168
实例72:∏形电阻衰减器的设计 169
8.2 波导衰减器的设计 170
实例73:一种K波段波导衰减器的设计 170
8.3 PIN二极管电调衰减器的设计 172
实例74:一种PIN二极管电调衰减器的设计 172
第9章 微波开关的设计 175
9.1 PIN二极管微波开关的设计 175
实例75:一种PIN二极管微波开关的设计 175
9.2 同轴微波开关的设计 176
实例76:SPDT同轴微波开关的设计 176
实例77:DPDT同轴微波开关的设计 178
9.3 波导微波开关的设计 180
实例78:一种波导微波开关的设计 180
第10章 其他常用微波器件的设计 183
10.1 匹配电路的设计 183
实例79:LC匹配电路的设计 183
实例80:电阻匹配电路的设计 185
实例81:微带单支节匹配电路的设计 185
实例82:微带双支节匹配电路的设计 187
实例83:微带1/4波长匹配电路的设计 188
实例84:波导螺钉匹配的设计 190
10.2 隔离器与环形器的设计 192
实例85:一种微带隔离器的设计 192
实例86:一种波导隔离器的设计 195
10.3 检波器的设计 198
实例87:二极管检波器的设计 198
实例88:一种毫米波检波器的设计 199
10.4 倍频器的设计 200
实例89:MMIC放大倍频器的设计 200
实例90:一种二极管倍频器的设计 201
10.5 调幅电路移相器的设计 205
实例91:二极管环形调幅电路设计 205
实例92:一种PIN移相器的设计 205
第11章 射频系统发射机的设计 208
实例93:发射信道设计和包络仿真 208
实例94:一次变频方案发射机的设计 214
实例95:二次变频方案发射机的设计 215
实例96:一种KU发射机的设计 216
第12章 射频系统接收机的设计 218
实例97:一种超外差接收机的设计 218
实例98:一种零-中频接收机的设计 219
实例99:一种低-中频接收机的设计 223
实例100:接收信道设计及接收误码率仿真 224