增益可调和电路的匹配特性分析及研究.doc
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1、增益可调和电路的匹配特性分析及研究低噪声放大器(Low-noise Amplifier,简称LNA)是处于接收机最前端的关键部件,广泛应用于移动通信、雷达、电子对抗及遥控遥测系统。它的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号,降低噪声干扰,提高接收信号灵敏度,以供系统解调出所需的信息数据,其噪声、线性和匹配等性能好坏直接影响到整个接收系统的性能,本文着重对实现增益可调和提高电路的线性度和稳定性、降低噪声系数及改善电路的输入/ 输出匹配特性的方法进行了分析研究。目前,低噪声放大器的设计普遍采用CAD 的方法进行仿真,相对而言,先进设计系统(ADS)功能强大,简明直观,应用范围较广,本文使用ADS
2、软件,通过线性或非线性的操作模式对放大器电路进行模拟仿真。接收机前端结构在设计接收机时,应充分考虑它的容错性,一旦某器件出现故障,系统仍能正常工作,一般用冗余设计的方法来保证其高可靠性。如图1 所示,当LNA 出现故障时,旁路开关的切换可以使输入信号不经过LNA 而直接输出,保证系统仍然能正常运行。本设计采用PIN 开关二极管HSMP-4890 实现旁路控制,在LNA 断电的情况下,信号旁路,且通过控制模块告警。再则,L N A 采用平衡结构,这样,能保证输入和输出50 阻抗匹配,并且比单级放大结构的截取点高3 dB,这种冗余结构也增强了系统工作的可靠性,一旦一路坏掉以后,LNA 仍能工作,只
3、不过增益大概减小6 dB。控制模块控制旁路开关通断,给LNA 提供电源,并且通过控制输出端衰减达到调节增益的目的。LNA 设计的技术指标:工作频率825 MHz 835 MHz;噪声系数1.8 dB;增益2 dB12 dB,步进1 dB;旁通时插入损耗 2.5 dB;输出三阶交调截取点OIP320 dBm;输出1 dB 压缩点P10 dBm;回波损耗 18 dB;最大工作电流 120 mA。关键器件选择ATF-54143 是一款高增益、宽动态范围、低噪声的E-PHEMT(增强模式伪形态高电子迁移率晶体管),只需要一个正的电压偏置,器件体积小,电路集成度高,特别适用于450 MHz 6 GHz
4、频段的通信系统。而且根据器件性能,在漏电流IDS为60 mA时能得到最高的三阶截取点(IP3)和最低噪声系数(NF),在漏电压VDS为3 V 时,有较高的增益。同时选择Xinger 1D1304-3,它是一款3dB,90度混合耦合器,具有在800 MHz 1200 MHz 频带内插入损耗小,高隔离度等优点,特别适用于平衡结构的LNA设计。考虑增益可调这部分,采用5 bit 数控衰减器HMC273(0.7 GHz 3.7 GHz,1dB 31 dB 衰减范围),只要控制低4 bit的输入高低电平就能达到0 dB 15 dB 衰减范围,满足了增益步进要求。LNA 电路的设计通常,在设计LNA 时主
5、要考虑低噪声系数(NF),足够的增益和绝对稳定性,但在实际应用中,高截取点、供电电压和低电流损耗也需要考虑。直流偏置电路的设计首先,以ATF-54143 的栅极电压VDS 作为扫描参数对元件的静态工作点(漏极电流IDS 和漏极电压VDS)进行仿真。图2 和图3 分别为仿真图和电路原理图。再根据选定的VDS(3 V),IDS(60 mA),VGS(0.56 V), 用公式(1)(2)(3)计算各偏置电阻值。式中,IBB=2 mA 是设定流经R1 和R2 电阻分压网络的电流,Vdd=5 V 是供电电压,经计算得出各偏置电阻值:R1=280 ,R2=1220 ,网R3=33 。稳定电路的设计电路不稳
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- 关 键 词:
- 增益 调和 电路 匹配 特性 分析 研究
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