低噪声放大器

低噪声放大器(Low Noise Amplifier , LNA)广泛应用于射电天文、卫星接收、雷达通信等收 信机灵敏度要求较高的领域，主要作用是放大所接收的微弱信号、降低噪声、使系统解调出 所需的信息数据。而噪声系数(Noise Figure，NF)作为其一项重要的技术指标直接反映整个 系统的灵敏度，所以 LNA设计对整个系统的性能至关重要。1 GPS接收机低噪声放大器的设计设计的LNA主要指标为：工作频率为1 5201 600 MHz;噪声系数 NF16. 0 dB ;输入驻波比2;输出驻波比o(2)1 - 1 s% F - I sns22 o第二种方法：用s参量组合成的检测标准，只有单一参量卩，其定义为(4)(5)1,20要使电路稳定通常有两种方法：第一种，在场效应管漏极端加阻性负载，能够在很宽的频段内使器件产生等阻抗，从而获得宽带稳定性。其缺点是阻性终端要消耗一些能量， 降低 输出功率；第二种，在源极与地之间加电感，可引起串联负反馈，使器件增益下降，但稳定 性提高了。在微波电路中，源极负反馈可以是电感集总元件，也可以是一段短传输线，本设计采用前者。仿真结果如图2,图3所示，可以看出在I 520I 600 MHz的范围内输入输出及整体稳定性都1，因此电路在带内稳定。 Mu Prime! MuiIJ41451.50L55L60L65频率/GM图2 稳定性匹配完成后的仿真结果PartNuniberGRMl885ClH3ROCZ01LQWI8Num=4?PartNumber=LQW18AN7N5D00图3 输入阻抗匹配网络1. 4输入输出阻抗匹配电路设计在设计LNA时，输入匹配不能采用共轭匹配方法，而是采用最佳源反射系数噪声匹配。输入阻抗匹配网络电路由 C4和L5组成，如图3所示，网络可以有效降低回波损耗，并提高增益和频带内的稳定性。L1起到通直流和扼交流的作用，C1起到射频旁路的作用。电感L1和L5的Q值对输入端降低电路损耗和减小NF(2)有重要作用。低电感Q值会增大输人噪声，从而影响整个电路的总噪声。而输出匹配采用共轭匹配设计。输出阻抗匹配网络由 C6和L7组成，如图4所示，降低回波损耗，提高增益。C2起着射频旁路作用，C5起着电源去耦作用。GRMI8GPartNumber=GRM ! K85C1H2R2CZ01O-PorttSium-3I rOp 吠 LQW18f PartNumbeT=LQW18AN5N6C00图4 输出阻抗匹配网络用Smith软件简单求得匹配网络集总元件的值后，再用ADS软件进行优化。优化时，要注意几点：首先通过调谐功能手动调整各个器件参数，知道哪些器件参数对电路指标影响较大，对于敏感的器件参数要小心处理；其次设定优化目标； 最后，优化时，要避免自激振荡。1. 5 LNA电路的整体优化对直流偏置设计、稳定性设计和匹配网络设计后，LNA结构基本固定，但为了达到各项指标要求，还需要优化各个器件的值， 而且要考虑实际电路微带线、短路接地、过孔的影响,所以还需对电路进行整体仿真优化。通常在射频电路中， 使用的是微带线传输信号，需要注意微带线的宽度，宽度的大小决定特性阻抗。对于输入输出端口通常采用50 Q特性阻抗。在本次设计中，选用板材是相对常数为2. 65，厚度为1 mm勺PTFE利用Agile nt公司的Appcad软件，可以计算出微带线 的宽度为2. 57 mm对LNA电路优化时，优化指标的设置要合理。优化指标过程中，要充分利用调谐功能， 先知道参数的大概数值，然后在此基础上对各项参数优化，直到达到理想效果。最终仿真结果如图5所示。 VSWR2 VSWR1 * *NF(2)148 L50 1.52 1.54 1.56 1.58 1.60 1j62 L64 1.66频率/GI&(a)驻波比与噪声系数16.4r16.216.05 15.815.615.4S2 卜1.48 L50 1.52 1.54 1.56 I.S8 1.60 1.62 1.64 1.66频率/GHz(b)增益图，最终仿真结果图6为实际低噪声 放大器实验板，并用矢量网络分析仪和噪声仪测试，测试结果显示：Gain16 . 0 dB ; NF(2)0 . 5 dB ;输人驻波比2;输出驻波比1. 5。实验结果与仿真结果基本吻合。图6低噪声放大器实验板2结束语文中选用Agile nt公司E-PHEMT噪声系数较低的 ATF-54143，设计了低噪声放大器。介绍了偏置电路设计，稳定性设计及输入输出网络匹配电路设计的方法。实测结果表明，文中设计的低噪声放大器符合指标要求，适用于GPS频段的通信。