高性能寬帶低噪聲放大器的研制

摘要：以薄膜混合集成電路為基礎，采用AL2O3精細陶瓷做襯底和國際上較先進(jìn)的共晶工藝，運用寬帶內補償網(wǎng)絡(luò )和負反饋并用的設計方法，結合理論計算和仿真技術(shù)，實(shí)現了高指標C波段寬帶低噪聲放大器的設計，測試結果驗證了設計的正確性，為高性能寬帶低噪聲放大器研制提供了新的設計依據和理論基礎。
關(guān)鍵詞：寬帶；低噪聲；放大器；薄膜混合集成電路；共晶工藝

0 引言
在雷達射頻接收系統中，對系統性能指標的要求越來(lái)越高，其中低噪聲放大器是影響著(zhù)整個(gè)接收系統的噪聲指標的重要因素。與普通的放大器相比，低噪聲放大器作用比較突出，一方面可以減少系統的雜波干擾，提高系統的靈敏度；另一方面可以放大系統的射頻信號，保證系統正常工作。因此，低噪聲放大器的性能制約著(zhù)整個(gè)接收系統的性能，對整個(gè)接收系統性能的提高起了決定性的作用。因此，研制寬頻帶、高性能、更低噪聲的放大器，已經(jīng)成為微波技術(shù)中發(fā)展的核心之一。
本文介紹的新型寬帶低噪聲放大器就是在當前工程技術(shù)發(fā)展需求的前提下，從放大器本身的特性出發(fā)，采用薄膜混合集成電路和先進(jìn)的共晶微組裝工藝，應用平衡式放大電路，精心研制而成的。

1 電路設計
1．1 電路原理
設計要求整個(gè)低噪聲放大器的噪聲系數小于2 dB，增益在32 dB以上，根據單片放大器目前的增益，需要設計三級放大鏈路，設計框圖如圖1所示。

要達到這種要求，輸入匹配網(wǎng)絡(luò )設計時(shí)必須按最小噪聲系數匹配。實(shí)際上要得到最小噪聲，輸入網(wǎng)絡(luò )往往都是失配的。但是由于指標要求駐波比要小于2，因此，輸入網(wǎng)絡(luò )首先要兼顧端口駐波比。對于級間匹配一，既要保證噪聲要低，后級對前級的噪聲貢獻要低，又要保證較高的增益，其次還要兼顧兩級放大器管芯間駐波比情況。對于級間匹配二，則要求保持較高的增益以及合理的增益平坦度。對于輸出匹配網(wǎng)絡(luò )，除了要保證輸出功率外，還要保證整個(gè)帶內的增益平坦度，以及良好的輸出駐波比。
1．2 偏置電路形式
本文采用共源極接法，自偏置電路形式，單電源供電，其結構如圖2所示。此處偏置網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)電阻電源。其優(yōu)點(diǎn)是能夠提供自動(dòng)瞬時(shí)保護功能，而且，單電源供電方便。但是，電阻電源同時(shí)也會(huì )使噪聲性能惡化，而且電源的旁路電容會(huì )產(chǎn)生低頻振蕩，因此，在匹配直流電路時(shí)，需要優(yōu)化設計采用合適的偏置電阻，使噪聲性能惡化最小。

1．3 平衡電橋設計
1．3．1 耦合器設計原理
由于采用了平衡式電路，所以，首先需要設計3 dB定向耦合器。在此選用交指線(xiàn)耦合器。交指線(xiàn)耦合器是一種多導體耦合器，其優(yōu)點(diǎn)是：體積??；與雙耦合線(xiàn)器件比較，它的線(xiàn)間距離較大，容易實(shí)現；與分支線(xiàn)耦合比較，它帶寬寬。關(guān)于這種3 dB交指線(xiàn)耦合器在目前尚沒(méi)有精確的設計方法。一般情況下，其耦合度按以下的三個(gè)設計方程來(lái)計算，電路的作用就是完成這種阻抗轉換的。

根據以上的方程，只要知道了Zoo和Zoe，查表便可以求出物理尺寸之比，再經(jīng)過(guò)仿真進(jìn)行優(yōu)化設計。