基于GPS接收機低噪聲放大器設(shè)計策略

1．3 穩(wěn)定性設(shè)計
??? 放大器的穩(wěn)定性是放大器中需要考慮的重要因素。需要在工作頻率下絕對穩(wěn)定，有兩種方法可以判斷該器件是無條件穩(wěn)定。第一種方法
???
第二種方法：用s參量組合成的檢測標(biāo)準(zhǔn)，只有單一參量μ，其定義為
???
??? 要使電路穩(wěn)定通常有兩種方法：第一種，在場效應(yīng)管漏極端加阻性負(fù)載，能夠在很寬的頻段內(nèi)使器件產(chǎn)生等阻抗，從而獲得寬帶穩(wěn)定性。其缺點是阻性終端要消耗一些能量，降低輸出功率；第二種，在源極與地之間加電感，可引起串聯(lián)負(fù)反饋，使器件增益下降，但穩(wěn)定性提高了。在微波電路中，源極負(fù)反饋可以是電感集總元件，也可以是一段短傳輸線，本設(shè)計采用前者。
??? 仿真結(jié)果如圖2，圖3所示，可以看出在l 520～l 600 MHz的范圍內(nèi)輸入輸出及整體穩(wěn)定性都>1，因此電路在帶內(nèi)穩(wěn)定。

1．4 輸入輸出阻抗匹配電路設(shè)計
??? 在設(shè)計LNA時，輸入匹配不能采用共軛匹配方法，而是采用最佳源反射系數(shù)噪聲匹配。輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)電路由C4和L5組成，如圖3所示，網(wǎng)絡(luò)可以有效降低回波損耗，并提高增益和頻帶內(nèi)的穩(wěn)定性。L1起到通直流和扼交流的作用，C1起到射頻旁路的作用。電感L1和L5的Q值對輸入端降低電路損耗和減小NF(2)有重要作用。低電感Q值會增大輸人噪聲，從而影響整個電路的總噪聲。
??? 而輸出匹配采用共軛匹配設(shè)計。輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)由C6和L7組成，如圖4所示，降低回波損耗，提高增益。C2起著射頻旁路作用，C5起著電源去耦作用。
??? 用Smith軟件簡單求得匹配網(wǎng)絡(luò)集總元件的值后，再用ADS軟件進行優(yōu)化。優(yōu)化時，要注意幾點：首先通過調(diào)諧功能手動調(diào)整各個器件參數(shù)，知道哪些器件參數(shù)對電路指標(biāo)影響較大，對于敏感的器件參數(shù)要小心處理；其次設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)；最后，優(yōu)化時，要避免自激振蕩。
1．5 LNA電路的整體優(yōu)化
??? 對直流偏置設(shè)計、穩(wěn)定性設(shè)計和匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計后，LNA結(jié)構(gòu)基本固定，但為了達到各項指標(biāo)要求，還需要優(yōu)化各個器件的值，而且要考慮實際電路微帶線、短路接地、過孔的影響，所以還需對電路進行整體仿真優(yōu)化。
??? 通常在射頻電路中，使用的是微帶線傳輸信號，需要注意微帶線的寬度，寬度的大小決定特性阻抗。對于輸入輸出端口通常采用50 Ω特性阻抗。在本次設(shè)計中，選用板材是相對常數(shù)為2．65，厚度為1 mm的PTFE。利用Agilent公司的Appcad軟件，可以計算出微帶線的寬度為2．57 mm。
??? 對LNA電路優(yōu)化時，優(yōu)化指標(biāo)的設(shè)置要合理。優(yōu)化指標(biāo)過程中，要充分利用調(diào)諧功能，先知道參數(shù)的大概數(shù)值，然后在此基礎(chǔ)上對各項參數(shù)優(yōu)化，直到達到理想效果。最終仿真結(jié)果如圖5所示。

1．6 測試結(jié)果
??? 圖6為實際低噪聲放大器實驗板，并用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和噪聲儀測試，測試結(jié)果顯示：Gain>16．0 dB；NF(2)<0．5 dB；輸人駐波比<2；輸出駐波比<1．5。實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。

2 結(jié)束語
??? 文中選用Agilent公司E-PHEMT噪聲系數(shù)較低的ATF-54143，設(shè)計了低噪聲放大器。介紹了偏置電路設(shè)計，穩(wěn)定性設(shè)計及輸入輸出網(wǎng)絡(luò)匹配電路設(shè)計的方法。實測結(jié)果表明，文中設(shè)計的低噪聲放大器符合指標(biāo)要求，適用于GPS頻段的通信。