X波段寬帶低噪聲放大器設計

在通信系統中， 衡量通信質(zhì)量的一個(gè)重要指標是信噪比， 而改善信噪比的關(guān)鍵就在于降低接收機的噪聲系數。一個(gè)具有低噪聲放大器的接收機系統， 其整機噪聲系數將大大降低， 從而靈敏度大大提高。因此在接收機系統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(chǎng)效應管在微波頻段進(jìn)行放大。特別需要注意的是， 因為場(chǎng)效應管都存在著(zhù)內部反饋， 當反饋量達到一定強度時(shí)， 將會(huì )引起放大器穩定性變壞而導致自激， 改善微波管自身穩定性采取的是串接阻抗負反饋法， 在場(chǎng)效應管的源極和地之間串接一個(gè)阻抗電路， 構成負反饋電路。實(shí)際的微波放大器電路中反饋元件常用一段微帶線(xiàn)代替， 相當于電感性元件負反饋， 這樣對電路穩定性有所改善。

　　1. 1 確定電路形式

　　噪聲系數是低噪聲放大器的重要技術(shù)指標之一， 低的噪聲系數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(shí)現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定性好等特點(diǎn)。

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

　　器件的選用恰當與否直接關(guān)系到性能指標的優(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——GaAs PHEMT 芯片。為滿(mǎn)足高增益指標，GaAs PHEMT 應具有盡可能高的跨導; 同時(shí)， 為了滿(mǎn)足低的噪聲系數， GaAs PHEMT 自身的噪聲系數應盡可能低; 由于型譜產(chǎn)品頻段較高， 為了避免分布參數帶來(lái)的影響， 同時(shí)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(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(jīng)過(guò)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(gè)場(chǎng)效應管來(lái)進(jìn)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(jìn)行匹配。為了改善穩定性， 第1 級放大器的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 )對電路的穩定性， 增益平坦度， 寬帶的實(shí)現， 輸入輸出駐波比有很大改觀(guān)。

　　利用軟件進(jìn)行仿真的結果如圖1 所示。

　　圖1 輸入輸出反射系數仿真結果

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