X波段寬帶低噪聲放大器設計

在通信系統(tǒng)中， 衡量通信質量的一個重要指標是信噪比， 而改善信噪比的關鍵就在于降低接收機的噪聲系數(shù)。一個具有低噪聲放大器的接收機系統(tǒng)， 其整機噪聲系數(shù)將大大降低， 從而靈敏度大大提高。因此在接收機系統(tǒng)中低噪聲放大器是很重要的部件。

　　1 電路仿真設計

　　該項目的微波低噪聲放大器是利用微波低噪聲場效應管在微波頻段進行放大。特別需要注意的是， 因為場效應管都存在著內部反饋， 當反饋量達到一定強度時， 將會引起放大器穩(wěn)定性變壞而導致自激， 改善微波管自身穩(wěn)定性采取的是串接阻抗負反饋法， 在場效應管的源極和地之間串接一個阻抗電路， 構成負反饋電路。實際的微波放大器電路中反饋元件常用一段微帶線代替， 相當于電感性元件負反饋， 這樣對電路穩(wěn)定性有所改善。

　　1. 1 確定電路形式

　　噪聲系數(shù)是低噪聲放大器的重要技術指標之一， 低的噪聲系數(shù)與低的輸入駐波在低噪聲放大器的設計中是一對矛盾。該項目低噪聲放大器在設計中摒棄了通常為實現(xiàn)低輸入駐波采用輸入加隔離器的方法， 采用負反饋放大電路。負反饋放大電路具有頻帶響應寬、輸入輸出駐波小和穩(wěn)定性好等特點。

　　利用PHEMT 芯片， 應用混合集成工藝進行設計， 在寬頻帶范圍內實現(xiàn)了低噪聲系數(shù)和低駐波特性。

　　器件的選用恰當與否直接關系到性能指標的優(yōu)劣， 寬帶低噪聲放大器最關鍵的器件就是放大器的基礎——GaAs PHEMT 芯片。為滿足高增益指標，GaAs PHEMT 應具有盡可能高的跨導; 同時， 為了滿足低的噪聲系數(shù)， GaAs PHEMT 自身的噪聲系數(shù)應盡可能低; 由于型譜產品頻段較高， 為了避免分布參數(shù)帶來的影響， 同時減小體積， GaAs PHEMT 選擇采用管芯。

　　該項目為了兼顧噪聲和增益， 所以采用2 級放大。第1 級放大器的設計必需是最佳噪聲設計， 即輸入匹配網絡必需是最佳噪聲匹配網絡， 不必追求最大增益; 第2 級放大器保證輸出功率和總增益。

　　1. 2 第1 級放大器的仿真設計

　　經過選擇該項目第1 級使用Fujits 的FHX13X,其噪聲特性比較好， 使用2 個場效應管來進行并聯(lián)放大設計。并聯(lián)放大器的好處在于它的低噪聲特性， 而且容易進行匹配。為了改善穩(wěn)定性， 第1 級放大器的2 個源極和地之間各串聯(lián)一個RLC 諧振電路， 并且加入負反饋， 在柵——漏之間加入RL 串聯(lián)的反饋電路， 這樣雖然會降低增益， 增加噪聲， 但是會對電路的穩(wěn)定性， 增益平坦度， 寬帶的實現(xiàn)， 輸入輸出駐波比有很大改觀。

　　利用軟件進行仿真的結果如圖1 所示。

　　圖1 輸入輸出反射系數(shù)仿真結果

　　如圖1 所示輸入輸出阻抗均完美的匹配好， 輸入輸出反射系數(shù)在7 ~ 8 GHz 的頻帶內均小于- 15 dB, 在匹配的中心點7. 5 GHz 其更是達到了- 35. 322和- 44. 042, 可以說匹配相當好。