X波段寬帶低噪聲放大器設(shè)計(jì)

在通信系統(tǒng)中， 衡量通信質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)是信噪比， 而改善信噪比的關(guān)鍵就在于降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)。一個(gè)具有低噪聲放大器的接收機(jī)系統(tǒng)， 其整機(jī)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(jī)系統(tǒng)中低噪聲放大器是很重要的部件。

　　1 電路仿真設(shè)計(jì)

　　該項(xiàng)目的微波低噪聲放大器是利用微波低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管在微波頻段進(jìn)行放大。特別需要注意的是， 因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管都存在著內(nèi)部反饋， 當(dāng)反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)， 將會(huì)引起放大器穩(wěn)定性變壞而導(dǎo)致自激， 改善微波管自身穩(wěn)定性采取的是串接阻抗負(fù)反饋法， 在場(chǎng)效應(yīng)管的源極和地之間串接一個(gè)阻抗電路， 構(gòu)成負(fù)反饋電路。實(shí)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(dāng)于電感性元件負(fù)反饋， 這樣對(duì)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(shù)指標(biāo)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(shè)計(jì)中是一對(duì)矛盾。該項(xiàng)目低噪聲放大器在設(shè)計(jì)中摒棄了通常為實(shí)現(xiàn)低輸入駐波采用輸入加隔離器的方法， 采用負(fù)反饋放大電路。負(fù)反饋放大電路具有頻帶響應(yīng)寬、輸入輸出駐波小和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

　　利用PHEMT 芯片， 應(yīng)用混合集成工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)， 在寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了低噪聲系數(shù)和低駐波特性。

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

　　該項(xiàng)目為了兼顧噪聲和增益， 所以采用2 級(jí)放大。第1 級(jí)放大器的設(shè)計(jì)必需是最佳噪聲設(shè)計(jì)， 即輸入匹配網(wǎng)絡(luò)必需是最佳噪聲匹配網(wǎng)絡(luò)， 不必追求最大增益; 第2 級(jí)放大器保證輸出功率和總增益。

　　1. 2 第1 級(jí)放大器的仿真設(shè)計(jì)

　　經(jīng)過(guò)選擇該項(xiàng)目第1 級(jí)使用Fujits 的FHX13X,其噪聲特性比較好， 使用2 個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)進(jìn)行并聯(lián)放大設(shè)計(jì)。并聯(lián)放大器的好處在于它的低噪聲特性， 而且容易進(jìn)行匹配。為了改善穩(wěn)定性， 第1 級(jí)放大器的2 個(gè)源極和地之間各串聯(lián)一個(gè)RLC 諧振電路， 并且加入負(fù)反饋， 在柵——漏之間加入RL 串聯(lián)的反饋電路， 這樣雖然會(huì)降低增益， 增加噪聲， 但是會(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性， 增益平坦度， 寬帶的實(shí)現(xiàn)， 輸入輸出駐波比有很大改觀。

　　利用軟件進(jìn)行仿真的結(jié)果如圖1 所示。

　　圖1 輸入輸出反射系數(shù)仿真結(jié)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(nèi)均小于- 15 dB, 在匹配的中心點(diǎn)7. 5 GHz 其更是達(dá)到了- 35. 322和- 44. 042, 可以說(shuō)匹配相當(dāng)好。