增益可调低噪声放大器的设计与实现

2017-08-18 10:53:00      点击:

   目前,低噪声放大器的设计普遍采用CAD的方法进行仿真,相对而言,先进设计系统(ADS)功能强大,简明直观,应用范围较广,本文使用ADS软件,通过线性或非线性的操纵模式对放大器电路进行模拟仿真。

 

  增益可调低噪声放大器是处于接收机最前真个关键部件,广泛应用于移动通讯、雷达、电子对抗及远控远测系统。它的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号,降低噪声干扰,进步接收信号灵敏度,以供系统解调出所需的信息数据,其噪声、线性和匹配等性能好坏直接影响到整个接收系统的性能,本文着重对实现增益可调和进步电路的线性度和稳定性、降低噪声系数及改善电路的输进/输出匹配特性的方法进行了分析研究。


 

  接收机前端结构

 

  在设计接收机时,应充分考虑它的容错性,一旦某器件出现故障,系统仍能正常工作,一般用冗余设计的方法来保证其高可靠性。

 

  LNA设计的技术指标:工作频率825MHz835MHz;噪声系数<1.8dB;增益2dB12dB,步进1dB;旁通时插进损耗≤2.5dB;输出三阶交调截取点OIP3>20dBm;输出1dB压缩点P>10dBm;回波损耗≥18dB;最大工作电流≤120mA

 

  当LNA出现故障时,旁路开关的切换可以使输进信号不经过LNA而直接输出,保证系统仍然能正常运行。本设计采用PIN开关二极管HSMP-4890实现旁路控制,在LNA断电的情况下,信号旁路,且通过控制模块告警。再则,LNA采用平衡结构,这样,能保证输进和输出50Ω阻抗匹配,并且比单级放大结构的截取点高3dB,这种冗余结构也增强了系统工作的可靠性,一旦一路坏掉以后,LNA仍能工作,只不过增益大概减小6dB。控制模块控制旁路开关通断,给LNA提供电源,并且通过控制输出端衰减达到调节增益的目的。

 

  改进方法之一是可以在晶体管的源端对地加上一小段微带线,相当于电感性元件的负反馈,可以改善输进回波损耗和低频稳定度,进步线性度;同时在放大电路的输出端可以加上π型阻性衰减器,对改善稳定性也很有效。

 

  仿真证实,在源端作上述设计后K值将在带内大于1。但要留意,在放大管源极添加传输线来稳定的方法是以牺牲放大器其他性能为代价的,同时过长的传输线增加了电路自激的可能性。为了寻求平衡,在实际设计PCB时,将源端微带线预留足够的长度,调试时可根据实际情况调整其接地的长度,再将多余的带线切断除往。

 

  匹配网络的设计

 

  输进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。由于本设计对LNA增益的要求不是太高,所以设计匹配网络时首先考虑噪声系数。输进匹配网络由元件的最佳噪声反射系数Topt为主来决定,以求得噪声系数NF降到最小,根据S参量仿真得到的最佳噪声系数匹配条件,利用ADS提供的Smith圆图工具可以很方便地进行输进输出匹配网络的设计。

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