L波段200MHz帶寬LNA設(shè)計(jì)
引言
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/269455.htm低噪聲放大器(LNA)是雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗、遙測遙控等電子系統(tǒng)中關(guān)鍵的微波部件,有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。由于微波系統(tǒng)的噪聲系數(shù)基本上取決于前級(jí)放大器的噪聲系數(shù),因此LNA噪聲系數(shù)的優(yōu)劣會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)性能的好壞。低噪聲放大器的設(shè)計(jì)主要包括輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和直流偏置網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以及改善晶體管穩(wěn)定的措施。本文首先介紹放大器提高穩(wěn)定性的源極串聯(lián)負(fù)反饋原理,然后設(shè)計(jì)了一個(gè)L波段的低噪聲放大器實(shí)例,并給出了放火器輸入、輸出回波損耗、增益、噪聲系數(shù)等參數(shù)的仿真結(jié)果。
低噪聲放大器的設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)的低噪聲放大器的性能指標(biāo)為:在1.90GHz~2.10GHz的頻段內(nèi),功率增益Gp≥30dB,噪聲系數(shù)NF≤1dB??紤]指標(biāo)要求,擬采用兩級(jí)放大級(jí)聯(lián)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。n級(jí)放大器噪聲系數(shù)可表示為:
n級(jí)放大器噪聲系數(shù)公式
其中,NF為放大器整機(jī)的噪聲系數(shù);NF1、NF2…NFn分別是放大器第1級(jí)、第2級(jí)至第n級(jí)的噪聲系數(shù);G1、G2、…Gn-1分別是放大器第1級(jí)、第2級(jí)至第n-1級(jí)的功率增益。由公式(1)可知,第一級(jí)放大器的噪聲系數(shù)和增益將直接影響整個(gè)放大器的噪聲系數(shù)。級(jí)聯(lián)低噪聲放大器要獲得低的噪聲系數(shù),選擇的放大器第一級(jí)晶體管應(yīng)該在工作頻率具有低的噪聲系數(shù)和較高的增益。設(shè)計(jì)LNA首先應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇合適的器件,然后根據(jù)器件在工作頻率的阻抗特性設(shè)計(jì)輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。
由于設(shè)計(jì)的低噪聲放大器的增益指標(biāo)大于30dB,因此需要使用多級(jí)級(jí)聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)。Agilent公司的ATF54143 E-PHEMT晶體管具有高增益和低噪聲的特性,適用于頻率范圍在450MHz~6GHz無線系統(tǒng)的各種LNA電路中。該管子在2GHz頻點(diǎn)上的噪聲系數(shù)是0.5dB,增益為17dB,因此選擇了該晶體管作為放大器的第一級(jí);為實(shí)現(xiàn)放大器的增益指標(biāo),選用MGA86576作為第二級(jí)。
源極串聯(lián)反饋電感對(duì)穩(wěn)定性的影響
穩(wěn)定性是LNA電路必須考慮的,放大器的穩(wěn)定性是指對(duì)振蕩的抑制水平,必須保證放大器的穩(wěn)定性,以避免可能出現(xiàn)的自激。在晶體管放人器的二端口網(wǎng)絡(luò)中,它的兩個(gè)端口分別接信號(hào)源和負(fù)載,有了雙端口剛路的S參數(shù),可以方便地計(jì)算放大器的穩(wěn)定系數(shù)K,穩(wěn)定性判據(jù)如下:
源極串聯(lián)反饋電感公式
其中△=|S11S22-S12S21|。當(dāng)K>1且△<0時(shí),放大器處于絕對(duì)穩(wěn)定狀態(tài);K<1,電路則潛在不穩(wěn)定。由于AFT54143在工作頻段內(nèi)不是絕對(duì)穩(wěn)定的,為了提高放大器的穩(wěn)定性,在輸出端并聯(lián)一個(gè)100Ω的電阻。為確保ATF54143在盡可能寬的頻帶內(nèi)保持穩(wěn)定,這里采取源極引入串聯(lián)感性反饋的方法,電感采用一段很細(xì)的微帶線來代替,晶體管接入串聯(lián)反饋電感后的等效電路如圖1所示。
晶體管接入串聯(lián)反饋電感后的等效電路
串聯(lián)反饋電感LS后,晶體管的輸入阻抗Zin可以表示為:
輸入阻抗Zin公式
當(dāng)wLs<
輸入阻抗Zin公式
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評(píng)論