低噪声放大器设计

penn

低噪声放大器的主要技术指标：
1 噪声系数NF
噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即：
（2）




（3）

对单级放大器而言，其噪声系数的计算为：


其中 Fmin为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的， Γopt、Rn 和Γs分别为获得 Fmin时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、以及晶体管输入端的源反射系数。
对多级放大器而言，其噪声系数的计算为：
                 NF=NF +(NF -1)/G +(NF -1)/G G +……           （4）
其中NFn为第n级放大器的噪声系数，Gn 为第n级放大器的增益。
在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为：
             Te = T0 ( NF – 1 )                                       （5）
其中Te 为放大器的噪声温度，T0 =2900 K，NF为放大器的噪声系数。
                 NF(dB) = 10LgNF                                        （6）   
2 放大器增益G：
放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值：
           G=Pout / Pin                                              （7）
    从式（4）中可见，提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。所以，一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。
3 输入输出的驻波比：
     低噪声放大器的输入输出驻波比表征了其输入输出回路的匹配情况，我们在设计低噪声放大器的匹配电路时，输入匹配网络一般为获得最小噪声而设计为接近最佳噪声匹配网络而不是最佳功率匹配网络，而输出匹配网络一般是为获得最大功率和最低驻波比而设计，所以，低噪声放大器的输入端总是存在某种失配。这种失配在某些情况下会使系统不稳定，一般情况下，为了减小放大器输入端失配所引起的端口反射对系统的影响，可用插损很小的隔离器等其他措施来解决。
4反射系数：
     由式3可知，当Γs  = Γopt 时，放大器的噪声系数最小，NF=NFmin ，但此时从功率传输的角度来看，输入端是失配的，所以放大器的功率增益会降低，但有些时候为了获得最小噪声，适当的牺牲一些增益也低噪声放大器设计中经常采用的一种办法。
5放大器的动态范围（IIP3）：
在低噪声放大器的设计中，应充分考虑整个接收机的动态范围，以免在接收机后级造成严重的非线性失真，一般应选择低噪声放大器的输入三阶交调点IIP3较高一点，至少比最大输入信号高30dB，以免大信号输入时产生非线性失真。
除以上各项外，低噪声放大器的工作频率、工作带宽及通带内的增益平坦度等指标也很重要，设计时要认真考虑。