gps与北斗二代双频接收机低噪放模块设计实现

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1、GPS与北斗二代双频接收机低噪放模块设计实现摘要设计并实现了一款覆盖GPSL1波段和北斗二代B1波段的低噪放模块。该模块中的低噪声放大器使用分立元件搭建，匹配电路调试灵活，满足了模块对输入输出驻波的高要求。测试结果表明，低噪放模块增益为26dB，带内增益平坦，输入输出驻波〈1.5,噪声系数＜2dB,带外抑制度80dBc,输出1dB压缩点8dBm,满足了导航系统接收机前端对低噪放模块的要求。全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆、海、空3军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，其主要目的是为陆、海、空3大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。北斗导航系统是我国自

2、主研发、拥有独立知识产权的全球卫星导航系统。根据全球卫星导航系统的定位原理及卫星信号特征，为实现接收机快速、连续、精确定位，多个下.星导航系统组合使用是未来发展的趋势。本文就GPS和北斗二代导航系统在接收机前端的组合应用进行了探索。低噪放模块的主要功能是将天线所接收到的射频信号进行低噪声放人，滤波后输出至接收机。本文设计实现了一款覆盖GPSL1波段(1575.42±1.023MHz)和北斗二代B1波段(1561.098±2.046MHz)的低噪放模块，其具有输入输出驻波小、增益高、噪声系数小、带外抑制度高、输出1dB压缩点高等优点，可用于导航系统的接收机前端。1概述本方案

3、的低噪放模块主要由带通滤波器、低噪声放大器和袞减器等组成，总体框图如图1所示。对于模诀设计，低噪声放大器一般选取集成芯片;在增益、噪声系数等指标上，单片低噪声放大器比分立元件有较大优势。但由于本模块对输入输出驻波要求较高，而集成芯片的驻波难以调试，所以选用分立元件搭建低噪声放大器。第一级带通滤波器选用介质滤波器。介质滤波器可滤除系统不需要的频段，也可承受较大的功率，能够用来保护低噪声放大器免受大功率输入信号的烧毁。第二级和第三级带通滤波器选用声表时波滤波器，以提高模诀的带外抑制度。衰减器用于调节模块的增益。2低噪声放大器的设计在射频微波晶体管放大器的设计中，需着重考虑的是

4、电路的稳定性、功率增益、工作带宽、噪声和直流偏置。而对于低噪声放大器，通常情况下设计的目标是最小的噪声系数。由于最小噪声系数和最大功率增益不能同吋得到，所以需在噪声和增益之间做出折中考虑。2.1放大器的稳定性稳定性是射频放大器设计需要考虑的重要因素，假如放大器的输入或输出端口阻抗屮有负实部，则该电路可能发生振荡，所以必须对放大器进行稳定性检验。判断放大器稳定性的方法有稳定性圆法，K-△法，单P法。本文使用K-△法，具体判定公式为1-sn2-s222^M2=2

5、SI2S2I

6、M•屮，AZS11S22-S17S21。若K〉1且A〈l,则放大器是无条件稳定的;否则，放

7、大器就有可能发生振荡。2.2低噪声指标的实现噪声系数的基本定义是放大器输入和输出信噪比的比值。噪声系数是低噪声放大器的重要指标。对于单级放大器而言，噪声系数可表示为其中，Fmin是晶体管的最小噪声系数；ropt是获取最小噪声系数Fmin的源反射系数;rn是归一化噪声电阻。这3个参数均为晶体管的噪声参数。「5为实际放大器的源反射系数;Fmin是晶体管工作电流和频率的函数，对于每个Fniin只有一个ropt与之对应。2.3放大器的1dB压缩点ldB压缩点是表征放大器线性度的一个量，放大器有一个线性动态范围，在该范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。随着输入功率的继续增大

8、，放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，通常情况下，其输出功率低于小信号增益所预计的值。通常将增益下降到比线性增益低1dB吋的输岀功率值定义为输山功率的1dB压缩点。而对于模块或系统，ldB压缩点表征的是模块或系统的线性度。2.4低噪声放大器的仿真为设计一款用于GPSL1波段和北斗二代B1波段的低噪声放大器，文屮选用Avago公司的ATF54143晶体管，其增益高、噪声小。利用ADS(AdvancedDesignSystem)软件，并对放大器的直流偏置电路进行设计，对放大器的增益、噪声系数和驻波进行仿真优化。设计时，源极串联电感作为负反馈，川于增加

9、放大器的稳定性和控制增益及增益平坦度。由于电感值较小，因此利用-•段短路微带线实现，这样做简单方便，且成本低、易于调试。在微波射频频段，元器件的寄生效应明显，所以仿真电路吋，需考虑主要电路的焊盘分布参数、金属孔化、不连续节点和电感电容元件的寄生效应等。在保证增益和输入输出驻波的前提下，使川最小噪声匹配，使放大器的噪声系数尽可能小。整个低噪声放大器的仿真电路如图2所示。图2低嗓声邊仿eCSCOit摘入功•本(U)蛇衊声放大器I用3低嗓声放QI234S6789I00123456789tO榘寧ZCMi竇專/GHi鑲率ZCH*(□)低