摘要:低噪聲放大器是接收機中最重要的模塊之一,文中采用了低噪聲、較高關聯增益、PHEMT技術設計的ATF35176晶體管,設計了一種應用于5.5~6.5 GHz頻段的低噪聲放大器。為了獲得較高的增益,該電路采用三級級聯放大結構形式,并通過ADS軟件對電路的增益、噪聲系數、駐波比、穩定系數等特性進行了研究設計,最終得到LNA在該頻段內增益大于32.8 dB,噪聲小于1.5 dB,輸入輸出駐波比小于2,達到設計指標。
在整個接收系統中,低噪聲放大器總是處于前端的位置。整個接收系統的噪聲取決于低噪聲放大器的噪聲。與普通放大器相比,低噪聲放大器一方面可以減小系統的雜波干擾,提高系統的靈敏度;另一方面放大系統的信號,保證系統工作的正常運行。總之,低噪聲放大器的性能不僅制約了整個接收系統的性能,而且,對于整個接收系統技術水平的提高,也起了決定性的作用。
1 低噪聲放大器的設計指標
低噪聲放大器的主要性能指標包括:穩定性、功率增益、噪聲系數、增益平坦度等,在這些指標之中噪聲系數和放大增益對系統性能的影響較大。因此對低噪聲放大器的設計主要從穩定性、功率增益、噪聲系數、輸入輸出電壓駐波比等方面進行考慮。
1.1 穩定性
放大器電路必須滿足的首要條件之一是其在工作頻段內的穩定性。因為假如在設計和制造放大器時不謹慎從事,在微波頻率上一些不可避免的寄生因素往往足以引起振蕩。
所以為了保證電路的穩定性,主要采取以下措施:1)可以在源極引入負反饋,使電路處于穩定狀態;2)采用鐵氧體隔離器能穩定電路;3)在漏極串聯電阻或∏型阻性衰減器,通常接在低噪聲放大器末級或末前級輸出口。而目前提高電路穩定性常用的是引入負反饋。
1.2 功率增益以及增益平坦度
放大電路的增益是放大電路最重要性能指標,也是設計放大電路的一個基本參數。因此在放大器的設計中增益指標的完成很是重要,功率增益主要有3種描述方式:可用功率增益GA,工作功率增益GP,轉換功率增益GT。
增益平坦度對于低噪聲放大電路來說,就是全頻帶范圍內增益變化要平緩,不允許增益變化陡變。
1.3 噪聲系數
噪聲系數是LNA的另一重要指標,如果接收系統噪聲系數過大,信號會被噪聲埋沒,致使接收系統的靈敏度減小。
1.4 駐波比
低噪聲放大器通常用輸入輸出駐波比來表示輸入輸出信號的反射損耗,輸入輸出駐波比過大時不僅會損壞與低噪聲放大器級聯的器件還會使系統的增益起伏和群遲延變壞,因此低噪聲放大器的輸入輸出駐波比應該滿足一定要求,在一般系統中功率放大器的輸入輸出駐波比要小于2。