北斗導航接收機LNA的設計與仿真

摘要：為了實(shí)現北斗衛星導航接收機射頻前端的研制，根據接收機射頻模塊系統指標要求，包括增益、噪聲系數、靈敏度等關(guān)鍵指標要求，提出一種基于A(yíng)TF54143的LNA設計方案，采用兩級結構，源極傳輸線(xiàn)負反饋穩定技術(shù)，實(shí)現輸入最佳噪聲匹配，輸出共軛匹配設計，并用ADS軟件進(jìn)行仿真，得到增益32 dB，噪聲系數0．45dB，輸入駐波比1．5。
關(guān)鍵詞：北斗導航；接收機；射頻前端；低噪聲放大器

0 引言
北斗導航系統是我國獨立研制開(kāi)發(fā)的衛星導航定位通信系統，可以對我國領(lǐng)土、領(lǐng)海及周邊地區的用戶(hù)進(jìn)行定位及定時(shí)授時(shí)，并且可以實(shí)現各用戶(hù)之間、用戶(hù)與中心控制站之間的簡(jiǎn)短報文通信。
作為衛星定位導航接收機系統關(guān)鍵部分的射頻模塊，主要包含接收與發(fā)射兩大部分。接收部分的主要功能是接收來(lái)自多顆衛星的微弱的S波段微波信號，并將其進(jìn)行低噪聲放大、濾波和下變頻后形成中頻信號，送給后端處理模塊；發(fā)射部分則將本機的短信息經(jīng)過(guò)調制、上變頻和放大后形成大功率的L波段射頻信號，再通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送給衛星。因此，射頻模塊的高性能、高可靠性是保證整機正常工作的前提。
本文根據系統指標要求，提出一種基于A(yíng)TF54143的LNA設計方案，并用ADS軟件進(jìn)行了仿真。

1 接收機低噪聲放大器指標要求
射頻前端是所有無(wú)線(xiàn)電接收機中最關(guān)鍵的組成部分，射頻前端的設計一直是無(wú)線(xiàn)電接收機中最關(guān)鍵的環(huán)節。“北斗”信號到達地面的最低功率為-127．6 dBm，正常時(shí)為-116．8 dBm，載波頻率為2 491．75 MHz，帶寬為8．16 MHz。設計的接收機要保證系統存大部分時(shí)間內都能對衛星信號進(jìn)行有效地捕獲，這樣設定接收機的靈敏度為-118 dBm?，F在北斗接收機射頻芯片的最低輸入信號功率一般為-100dBm，所以LNA增益需要大于18 dB，考慮一定的余量，增益沒(méi)計為30 dB。為了實(shí)現正常的OQPSK解調，射頻接收部分輸出給基帶部分的信噪比為-17dB，根據北斗接收機的靈敏度要求，可以得到北斗接收機的最大噪聲系數為3．8 dB。前端低噪聲放大器的指標要求如表1所示。

2 基于A(yíng)TF54143的低噪聲放大器設計
2．1 偏置電路設計
偏置電路是放大器不可缺少的電路單元，偏置的作用是在特定的工作條件下為有源器件提供適當的靜態(tài)工作點(diǎn)，并抑制晶體管參數的離散性以及溫度變化的影響，從而保持恒定的工作特性。如果偏置電路設計不當，會(huì )影響電路的噪聲系數及功率增益等參數。從ATF-54143手冊可以看出，該放大管在源漏極電流20 mA靜態(tài)工作點(diǎn)下，在2．4GHz頻點(diǎn)上的最大功率增益是16．5 dB，可以得到最小的噪聲系數為0．4 dB。
由于A(yíng)TF54143的封裝上有兩個(gè)柵極，因此偏置電流ID，設計為40 mA，通過(guò)計算可以得到偏置電阻R1=337Ω，R2=38Ω。
2．2 穩定性分析
放大器電路必須滿(mǎn)足的首要條件之一是其在工作頻帶內的穩定性，當一個(gè)射頻放大器工作在不穩定區域時(shí)，該電路就無(wú)法完成正常的放大作用，反而會(huì )出現振蕩信號。穩定性意味著(zhù)反射系數的模小于1，即：

一般晶體管的S11和S22參數的模小于1，S12不為0，不能把晶體管視為單向性元件，輸入反射系數不僅和S11有關(guān)系，同時(shí)和負載反射系數ΓL有關(guān)，不合適的負載，有可能使|Γin|>1，導致輸入端不穩定；同理，不合適的源反射系數Γs，有可能使|Γout|>1，導致輸出端不穩定。