关于2.5GHz WiMAX低噪声放大器设计

WiMAX又称为802.16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因其能提供高速的数据业务以及对3G可能构成的威胁，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。

　　低噪声放大器是接收机的重要组成部分，它对降低接收链路的噪声系数(NF)，提高整个接收机的灵敏度起着至关重要的作用。由于它位于接收机的最前端，所以要求它具有很小的噪声系数。为了抑制后级元件对噪声系数的影响，又要求它具有合适的增益。

　　为了满足2.5GHZ WiMAX应用，要求该低噪声放大器在工作频段2.49～2.69GHz内能有>14dB的增益，1dB的噪声系数。为了降低接收机成本，该低噪声放大器基于低廉的FR4板材，并采用Avago的一款E-PHEMT(增强型伪高电子迁移率晶体管)ATF-551M4设计，ATF-551M4价格较ATF-54143更为便宜，同时ATF-551M4具有更低的漏级偏置电流，能够有效降低接收机功耗。

输入匹配电路设计

为了满足系统设计要求的噪声系数，增益，同时获得好的线性度，选取该器件沟道电流(Ids)为30mA，漏极到源极电压为3V，根据ATF-551M4的datasheet3，该E-pHEMT晶体管具有如下典型值：

2.5GHz S11=0.690∠-131.0°，

3.0GHz S11=0.668∠-146.0°，

2.4GHz Fmin= 0.45 Fopt=0.33∠54°Rn/50=0.09。

3.0GHz Fmin= 0.52 Fopt=0.26∠79°Rn/50=0.09。

可以看出最佳输入匹配点S11*与最小噪声匹配点Fopt相差比较远，所以我们不可能同时获得较好的噪声系数和输入回损。实际上，由于LNA离天线比较近，为了保证天线口良好的驻波比，我们对低噪声放大器的输入回损要求比较高，因此，需将低噪声放大器的输入匹配到最佳匹配点S11*。然而，从图2的Smith园图中可以看出，如果匹配到S11*点，此时的NF只有1.25dB，没有达到设计要求。

为了改善输入回损与噪声系数的矛盾，可以通过在源级引入负反馈以改变输入阻抗。我们可以在ATF-551M4的源级增加两段等长的接地线，这两段接地线等效为两个小电感，为ATF-551M4提供负反馈。通过ADS可以对加入源级引线后S11*的变化进行仿真(图1)。设计中我们取引线的宽度为0.25mm，图2中分别是引线长度为0mm，0.6mm，1.0mm情况下的S11*位置，结果表明，在源级引入负反馈能明显的拉近S11*与Fopt的距离，改善输入回损与噪声系数的矛盾。线长为0.6mm时，就能将噪声系数提高到0.85dB以内。