引 言
    LNA用于接收机前端电路，主要用来放大从天线接收到的微弱信号，降低噪声干扰，其噪声指标直接影响接收机的灵敏度，而灵敏度是通信接收机的关键指标之一，所以LNA电路设计的优略对于接收机性能至关重要，且在商业应用中，数字通信技术的发展对无线基站用LNA电路提出了更为苛刻的要求。

1 LNA电路的基本理论
    LNA电路的主要技术指标有噪声系数(FN)、增益、工作频带、输入／输出驻波比和增益平坦度等，其中FN和增益对接收机性能的影响较大。
    设计LNA电路时，在保证电路绝对稳定，避免产生自激振荡的情况下，尽量降低放大器的FN。对于绝对稳定的晶体管，可以按照最佳噪声匹配得到最低的FN；对于条件稳定的晶体管，要优先考虑稳定性因素。完成匹配后的放大器，要对稳定因子进行测试，在全频段内，要求稳定性因子μ>1。
    为保证低噪声性能，通过电抗滤波器提供偏置电压或电流，而不用电阻偏置电路，以避免将电源噪声和偏置电阻的热噪声引入到射频通道。
    另外，良好的阻抗匹配设计能够提高电路传输能量，提高系统增益，改善驻波特性，增强系统稳定性，降低噪声等，在设计LNA电路时，应根据不同的性能需求选择不同的匹配方式。

2 LNA电路的设计
2．1 器件的选择和级数的确定
    设计LNA电路，首先要选择FN小的放大管。从目前的种类和应用来看，Si和SiGe类低噪声晶体管的FN要高一些，好的可做到0．7 dB左右，FN稍高的为砷化镓材料器件，FN最低的为增强型PHEMT(E-PHEMT)器件。本设计选用Agilent的ATF-54143，该放大管为E-PHEMT器件，此类器件具有较优的射频特性。
    本文的LNA电路要求实现增益(30±1)dB，FN<1 dB，输入／输出的驻波小于1．5，OIP3>30 dBm，采用两级LNA电路级联构成。为了保证LNA电路端口驻波、放大器的稳定性和足够大的增益，前级电路采用平衡式结构，后级电路主要考虑端口驻波、线性和稳定性。LNA电路结构框图如图1所示，射频信号从耦合器1脚输入，功率平均分配到2脚和3脚，但是3脚的射频信号相位比2脚相位滞后90 °。如果上下两路LNA性能以及单板布局完全相同，那么两路LNA的反射系数也完全相同，且下支路的输入反射波相位仍然比上支路的输入反射波相位滞后 90°，即假设上支路的反射波相位为0°，则下支路反射波的相位为-90°。两路反射波经过3 dB耦合器到达1脚，上支路的反射波相位为θ°(假设1脚输入口和2脚耦合口之间的相移为θ°)，下支路的反射波到达1脚后，相位变成θ-90°-90° =θ-180°，因此两路反射波在1脚完全抵消，从而保证Input输入驻波非常小。

    同理可以分析输出端耦合器1脚输出驻波性能非常好，且输入／输出的反射波都消耗在两个50 Ω电阻上。采用平衡式LNA的最大好处是可以保证LNA单管在最佳噪声匹配的前提下获得非常优良的驻波性能。
2．2 器件的稳定性
    S参数仿真表明，ATF-54143在低频和高频下都容易自激，本设计采用在输入口和输出口分别加电容(或电感)和电阻串联到地的方式，形成低频端吸收式负载和高频端吸收式负载。稳定性改善后的μ稳定性因子如图2所示。