uhf低噪声放大器的简化设计

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1、第三部分微波毫米波有源器件及电路UHF低噪声放大器的简化设计李平辉南京理工大学通信工程学院微波教研室摘要：低噪声放大器(LNA)是通信系统射频前端的重要组成。本文给出了一种低噪声放大器的简单设计方法，即选用阻性负载法对电路进行稳定化处理，并在此基础上设计匹配电路。实践证明该方法简单、有效，且成本极低。关键字：低噪声放大器DesignmethodforaUHFsimpleLNALiPingHuiDepartmentofSatelliteCommunicationICE,PLAUST,NanJing210007,ChinaAb

2、stract:ThispaperpresentasimplestructureforaUHFLNA.Thedesignprocedureandexamplearegiven.KeyWords:LNA605第三部分微波毫米波有源器件及电路1引言联系方式：li_ph@sina.com。射频接收前端电路主要包括低噪声放大器、下变频器和本振源组成。前端电路设计的依据是整机系统指标，如接收机的灵敏度、动态范围以及对带外干扰信号抑制的能力等等。UHF频段从300MHz─3000MHz，是当前无线通信应用比较集中的一个频段，如WLAN、

3、GPS、GSM等等，所以该频段对射频模块电路的需求量大。UHF低噪声放大器的设计除电性能的要求外，还希望其低成本和可批量生产。本文介绍低成本UHF低噪声放大器的设计方法，给出了一个实例，其工作的中心频率为400MHz，设计结果满足了预期的要求。2低噪声放大器指标与设计流程低噪声放大器主要参数：l工作频率f及带宽△f；l噪声系数NF；l增益G及增益平坦度；l输入输出反射系数（VSWR）；l动态范围；LNA电路设计的基本流程：低噪声放大器的主要指标是噪声系数，但随着人们对频率资源的不断开发与利用，空间电磁环境更加复杂，所以LN

4、A的动态范围也成一个重要指标。在UHF频段，低噪声放大器的器件可以用GaAsFET、HEMT、pHEMT、BJT，其中双极晶体管BJT的性价比最好。近年来，高迁移率晶体管pHEMT以其极低的噪声性能和高的动态范围更倍受重视。3稳定性处理的措施放大器电路必须满足的首要条件之一是在其工作频段内的稳定性，否则电路在一定的条件下有产生振荡的趋势，绝对稳定的条件用器件的S参数表示如下：(1)(2)其中：(3)605第三部分微波毫米波有源器件及电路大多数的器件在UHF频段都是不稳定的，即K<1，需要进行稳定性处理，一种措施是利用反馈电

5、路，包括串联反馈和并联反馈如图2所示；另一种是阻性负载法，即在输入与输出端加入有耗元件的方法如图3所示。两者处理的目标都是使电路的稳定性因子K>1，而后者电路简单，且频响好，但放大器的功率输出能力下降，致使LNA电路的动态范围减小。若采用后者，需要对LNA电路的各指标进行折衷。图1低噪声放大器的设计流程4阻性负载法处理的过程在设计中，选用Agilent公司的低噪声BJT器件AT-41511，选用阻性负载的方法对其进行稳定化处理，在保证噪声系数满足要求的情况下达到稳定化。图4.给出了设计中采用的稳定措施的结果，这里只用一个负

6、载电阻来实现，这一电路在文献中很少出现，处理的重点是对NF和P-1dB的折衷。图2反馈方法图3阻性负载图4本文所采用的形式A.确定工作点选定器件之后，首先针对器件的特性与直流偏置关系进行扫描分析，包括噪声系数、P-1dB与基极电流、集电极电压之间的变化情况，AT41511的器件参数包括spice模型及S参数取自厂家的产品手册，分析结果如下：图5噪声系数随直流偏置的变化若要求NF=1dB、P-1dB=-8dBm，则可选Ib=30uA，而VCE在3V至5V之间均可。图6P-1dB随直流偏置的变化605第三部分微波毫米波有源器件

7、及电路B.确定阻性负载这里仅在集电极加一个50欧姆的直流偏置电阻使器件稳定化。加入50欧姆电阻后的噪声系数、P-1dB随直流偏置的变化不大，Ib=30uA，VCE在3V至5V之间，仍接近NF=1dB、P-1dB=-8dBm，这是因为50欧姆，电阻值小，VCE压降变化就小。这样一个电路在使电路稳定的同时，带来了额外的一个好处，即电路的输出大端的反射系数已经很小，400MHz时S22=-17.47dB，无须对输出端设计匹配电路。图7稳定前后的稳定因子K曲线图8稳定措施前后的噪声系数曲线图8示出了采用稳定措施前后的噪声系数曲线，

8、经过稳定处理后，在400MHz处，最小噪声系数从1.17dB增加至1.28dB。5输入输出匹配电路的设计匹配电路的拓扑结构图9所示，这里由于输出采用了阻性稳定的措施，输出端的回波损耗已小于-19dB，故输出端无匹配电路，这也使电路得到简化。输入端则采用两元件LC结构，对LC两变量进行优化，使整个电路达到