宽频带低噪声放大器设计
加入技术交流群
(4)平衡放大器最低噪声系数和单端放大器基本相同，但在设计匹配电路时，可以完全按照最佳噪声匹配设计，以获得理想最小噪声匹配，不必兼顾驻波比。
在窄频带低噪声放大器中，直流偏压供电引入线的常用结构是λg／4高阻抗微带线，其终端采用扇形线或电容对高频短路，这种结构可用的工作频带最高不过40％～50％带宽。因此在宽频带低噪声放大器电路中，不可能再用这种形式的偏压引入线，可采用微带线中心跳线型式的偏压引入线，即把跳线焊接在微带中心轴线上，在理想状态下微带线中心正上方空间处没有电场分布。跳线外端焊点对微带边沿的距离至少要大于基片厚度，以保证焊接点在电场之外。由于跳线直径对电感量影响较弱，长度对电感量影响较大，需准确控制。跳线可适当离开基片表面，以减小地板对电感量的影响。另外还需考虑电源的低频滤波和级间低频去耦电容，去耦和旁路电路要足够大，以免出现低频振荡。微带电路中的隔直电容尽量采用高Q值、高稳定温度系数、无谐振及低损耗的宽频带表贴电容，如美国DLI公司C06系列产品。屏蔽盒体横向宽度应小于最高工作频率的半波长，以避免盒体内部空间产生波导传输效应。微带基片应保持良好接地，固定螺钉的数量要相对多一点，最好螺钉孔的孔壁金属化接地。调试时在盒体的上盖板内表面贴敷相应频段吸波材料，以减小空间耦合所引起的带内增益起伏。
宽频带低噪声放大器还需要进行电磁兼容设计，首先对进入屏蔽盒的电源线使用带馈通滤波器的穿芯电容进行滤波，减小通过电源线所带来的串扰问题；其次需要解决好放大器的端口匹配，确保集成到接收系统时能兼容工作；最后还需对盒体采取电磁屏蔽措施，减小因电磁辐射所带来的干扰问题。在研发阶段加强电磁兼容工作，有利于产品通过相应标准电磁兼容测试。
4 设计实例仿真
根据某任务研制要求，需要设计一个工作于L／S频段的低噪声放大器，主要技术指标包括：工作频率为1．2～2．5 GHz；P-1dB≥10 dBmW；增益G≥32 dB；噪声系数Nf≤1．1 dB；输入、输出驻波比不大于1．5。依据以往工程经验，选用两只NEC公司生产的NE42484A低噪声器件进行平衡式电路设计，此电路增益明显满足不了指标要求，需要增加一级高增益且噪声较低的带内匹配电路的放大器，如Stanford公司生产的SAN-386内匹配晶体管。根据多级放大器噪声计算公式：
式中：F为两级放大器总的噪声系数，F1，F2分别为第一、二级的噪声系数，G1，G2分别为第一、二级的增益。通过该公式可以明显看出，级联后的噪声系数主要取决于第一级放大器的噪声系数，且第一级增益越大，后级对总噪声系数的贡献就越小。
两只NE42484A场效应管的S参数尽量选择一致，微带基片选用介电常数为9．2、厚度为1 mm的复合介质基板，利用ADS软件建立仿真电路拓扑结构，匹配电路的形式选择微带阻抗变换型匹配法，该匹配法在形式上相当于若干条微带线相互串联而成。根据NE42484A场效应管和SAN-386晶体管的S参数进行仿真优化设计，常用的优化方式分为随机优化和梯度优化，随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局域收敛。优化时可设定少量的可变参数，对放大器的各个指标分步骤进行优化，先用100～200步的随机法进行优化，后用20～30步的梯度法进行优化，一般可达最优结果。
评论