Ku波段宽带低噪声放大器研制.DOC

Ku波段宽带低噪声放大器研制 崔铮 薛祝和 李斌 范庆元 （中国科学院上海天文台 上海 200030） 摘要：低噪声放大器（LNA）是微波接收机前端中的重要组成部分。低噪声放大器的性能将决定着接收机的信噪比大小。本文介绍了一种宽带Ku波段低噪声放大器的设计原理和方法，并给出了仿真结果。该放大器采用NEC公司的NE3210S01场效应晶体管（FET），利用三级级联的方式来达到较高的增益和较好的增益平坦度。仿真后在11-13 GHz范围内增益（29.7±0.5）dB，噪声温度小于55K，S11,S22小于-25dB 。 关键词：低噪声放大器；噪声系数；级连匹配 Abstract: Low noise amplifier (LNA) is an important part as the front end of the microwave receiver. The performance of the LNA will determine the signal to noise ratio(SNR) of the microwave receiver. We introduced the design principle and method of a Ku band LNA and give the emulational result. FET NE3210S01 of NEC Company was used in this design. A three-stage topology was used to achieve high gain and better gain flatness. After simulated, the result with a gain of(29.7?.5)dB, noise temperature less than 55K, S11,S22 less than -25dB. 于Keywords: low noise amplifier (LNA); noise figure(NF); series matching 1 引言 宽带Ku-波段接收机的研制目的，其主要用途是接收地球同步卫星信号用全息测量法做天线面高精度调整及甲醇脉泽谱线的观测。 射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相似，投射来的电磁波被一精确镜面反射后，同相到达公共焦点。用旋转抛物面作镜面易于实现同相聚焦，因此，射电望远镜天线大多是抛物面。射电望远镜表面和一理想抛物面的均方误差如不大于λ/1～λ/，该望远镜一般就能在波长大于λ的射电波段上有效地工作。射电望远镜30至60度范围内的一颗Ku波段的地球同步卫星，由于测站地理位置的不同，就应选取不同卫星为目标，这是我们选择制做Ku波段全宽带低噪声放大器的原因之一。 其次，对银河系内的脉泽源进行观测，高精度地测定脉泽源各个子源的位置和自行，用视差原理，可以高精度地直接测定银河系内天体的距离，这对研究我们银河系的结构和演化、暗物质的分布等有着决定性的意义[1]。 下面我们将讨论一下低噪声放大器设计时所需要的理论分析和实际设计中所需注意的事项。 2 电路设计理论分析 低噪声放大器（low noise amplifier，LNA）是射频接收前端的主要部分。它位于接收机的最前端，主要作用是将来自天线的微弱信号进行小信号放大，保证足够的信噪比。 其中低噪声放大器的噪声系数和增益对整机性能影响较大[4]。 噪声系数的定义：放大器的输入信噪比和输出信噪比的比值称为噪声系数。即： （4） 进一步推导可得 （5） 因为输入的噪声可以由 （6） 来表示所以可以推出 （7） 一般我们用对数形式来表示噪声系数[5]，即： NF=10logF (8) 在实际应用中，尤其是在射电天文领域，往往用等效噪声温度来代替噪声系数。等效噪声温度的定义为将有噪声的网络假想成为无噪网络加上一个等效的输入噪声，这个噪声温度就是这个有噪网络的等效噪声温度。