射频低噪声放大器的设计
1 引言
随着无线通信事业的不断发展，人们对无线系统的射频接收机提出了越来越高的要求，如低功耗、低噪声、大动态范围、高灵敏度和高线性度等。因此，处于微波/ 射频接收系统最前端的低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）对于提高系统性能起到了关键作用，其性能指标的好坏对接收机整体性能有很大的影响。对于由多级放大器组成的接收系统，其整机噪声系数基本上取决于前级放大器的噪声系数。因而在传统上，LNA 匹配电路的设计应首先满足最佳噪声匹配原则，在此基础上，根据接收机设计指标由后级放大器提供足够高的功率增益。在LNA的设计过程中，有几个问题需要注意，其中包括：稳定性、噪声系数、增益、偏置电路和匹配电路等。
2 稳定性设计
为了保证设计电路的正常工作，在电路设计之前，应首先保证所选择的放大器能够稳定工作而不产生自激振荡。对于工作在射频频段的有源器件，使用S参数分析比较方便，在用S参数分析时，可以把放大器看成一个二端口网络。我们知道二端口网络绝对稳定的充分且必要条件为：
其中为放大器的稳定因子，KS越大，稳定性越高。 。只有同时满足上面三个条件时，放大器才能保证绝对稳定，有任何一个条件不满足，都将是潜在不稳定的。对上面的三个条件作适当的变换，可得绝对稳定判别准则的另一种表达形式：
对于放大器的稳定因子 ，有如下三个特性：
(1)在网络的两个端口（或其中一个端口）上串联或并联相应的电阻或电导，则网络的稳定系数会增大，网络的稳定性将得到提高。
(2)在网络的两个端口（或其中一个端口）上串联或并联相应的电抗或电纳，则网络的稳定系数不变，网络的稳定性不变。
(3)在用任何电阻或电导改变网络参量的归一化时，稳定系数不变。
由此可见，增强电路稳定性的两种好方法是在漏极使用阻性负载和在源极与地之间加电感。在每个源极引线和地之间加电感可引起串联反馈，它所起的作用随频率不同而不同。在比较高的频率，增加源极电感引起正反馈，使器件增益提高引起不稳定；在较低频率源极电感引起负反馈，使器件增益降低稳定性提高。在漏极串联或并联阻性负载是获得宽带稳定性最简单易行的方法，阻性负载能够在很宽的频段内使器件产生等阻抗，其惟一的缺点是由于在阻性终端有一些能量消耗，降低了输出功率。
在设计电路之前，应根据器件手册提供的参数来判断是否稳定工作，只有绝对稳定，才能保证放大器的稳定工作和双端口共轭匹配。潜在不稳定情况下，匹配电路要特别注意，其负载反射系数有特殊的要求，这将在匹配网络设计中说明。
3 噪声系数分析
任意射频器件的噪声系数Nf定义如下：
（4）
其中：Sin 、Nin 分别是输入端的信号功率和噪声功率； Sout 、Nout 分别是输出端的信号功率和噪声功率。从式 （4）中可以看出，噪声系数的物理意义是：信号通过射频器件后，由于该器件产生噪声，使信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。
对LNA来说，在低噪声前提下对信号进行放大是系统的基本要求。但放大器的低噪声要求与其他参数（如稳定性、增益等）相冲突。所以使用噪声系数圆将噪声参数标在Smith圆图上可以观察、比较噪声与稳定性或增益之间的相互关系。两端口放大器的噪声系数可以用导纳的形式定义：
（5）
Fmin为最小噪声系数，Rn为器件的等效噪声电阻，Yopt = Gopt+ j Bopt为最佳信号源导纳，Ys= Gs+ j Bs 是信号源端的实际导纳。
因为， ，将其代入式（5）可得：
（6）
式中 ；
由式（6）可以看出，当器件的参数一定时，网络的噪声系数F的大小可以完全由源反射系数确定，所以一般情况下可以通过调整源反射系数来改变噪声系数。在设计放大器的输入匹配网络时，若使，即设计成最佳噪声匹配状态，这时放大器的噪声系数就等于晶体管的最小噪声系数Fmin。
前面得到的噪声系数公式只适用于单级，实际设计中往往是多级放大对于多级放大器，其总
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