寬頻帶低噪聲放大器設(shè)計(jì)
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(4)平衡放大器最低噪聲系數(shù)和單端放大器基本相同，但在設(shè)計(jì)匹配電路時(shí)，可以完全按照最佳噪聲匹配設(shè)計(jì)，以獲得理想最小噪聲匹配，不必兼顧駐波比。
在窄頻帶低噪聲放大器中，直流偏壓供電引入線的常用結(jié)構(gòu)是λg／4高阻抗微帶線，其終端采用扇形線或電容對(duì)高頻短路，這種結(jié)構(gòu)可用的工作頻帶最高不過(guò)40％～50％帶寬。因此在寬頻帶低噪聲放大器電路中，不可能再用這種形式的偏壓引入線，可采用微帶線中心跳線型式的偏壓引入線，即把跳線焊接在微帶中心軸線上，在理想狀態(tài)下微帶線中心正上方空間處沒(méi)有電場(chǎng)分布。跳線外端焊點(diǎn)對(duì)微帶邊沿的距離至少要大于基片厚度，以保證焊接點(diǎn)在電場(chǎng)之外。由于跳線直徑對(duì)電感量影響較弱，長(zhǎng)度對(duì)電感量影響較大，需準(zhǔn)確控制。跳線可適當(dāng)離開(kāi)基片表面，以減小地板對(duì)電感量的影響。另外還需考慮電源的低頻濾波和級(jí)間低頻去耦電容，去耦和旁路電路要足夠大，以免出現(xiàn)低頻振蕩。微帶電路中的隔直電容盡量采用高Q值、高穩(wěn)定溫度系數(shù)、無(wú)諧振及低損耗的寬頻帶表貼電容，如美國(guó)DLI公司C06系列產(chǎn)品。屏蔽盒體橫向?qū)挾葢?yīng)小于最高工作頻率的半波長(zhǎng)，以避免盒體內(nèi)部空間產(chǎn)生波導(dǎo)傳輸效應(yīng)。微帶基片應(yīng)保持良好接地，固定螺釘?shù)臄?shù)量要相對(duì)多一點(diǎn)，最好螺釘孔的孔壁金屬化接地。調(diào)試時(shí)在盒體的上蓋板內(nèi)表面貼敷相應(yīng)頻段吸波材料，以減小空間耦合所引起的帶內(nèi)增益起伏。
寬頻帶低噪聲放大器還需要進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，首先對(duì)進(jìn)入屏蔽盒的電源線使用帶饋通濾波器的穿芯電容進(jìn)行濾波，減小通過(guò)電源線所帶來(lái)的串?dāng)_問(wèn)題；其次需要解決好放大器的端口匹配，確保集成到接收系統(tǒng)時(shí)能兼容工作；最后還需對(duì)盒體采取電磁屏蔽措施，減小因電磁輻射所帶來(lái)的干擾問(wèn)題。在研發(fā)階段加強(qiáng)電磁兼容工作，有利于產(chǎn)品通過(guò)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容測(cè)試。
4 設(shè)計(jì)實(shí)例仿真
根據(jù)某任務(wù)研制要求，需要設(shè)計(jì)一個(gè)工作于L／S頻段的低噪聲放大器，主要技術(shù)指標(biāo)包括：工作頻率為1．2～2．5 GHz；P-1dB≥10 dBmW；增益G≥32 dB；噪聲系數(shù)Nf≤1．1 dB；輸入、輸出駐波比不大于1．5。依據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，選用兩只NEC公司生產(chǎn)的NE42484A低噪聲器件進(jìn)行平衡式電路設(shè)計(jì)，此電路增益明顯滿足不了指標(biāo)要求，需要增加一級(jí)高增益且噪聲較低的帶內(nèi)匹配電路的放大器，如Stanford公司生產(chǎn)的SAN-386內(nèi)匹配晶體管。根據(jù)多級(jí)放大器噪聲計(jì)算公式：
式中：F為兩級(jí)放大器總的噪聲系數(shù)，F(xiàn)1，F(xiàn)2分別為第一、二級(jí)的噪聲系數(shù)，G1，G2分別為第一、二級(jí)的增益。通過(guò)該公式可以明顯看出，級(jí)聯(lián)后的噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，且第一級(jí)增益越大，后級(jí)對(duì)總噪聲系數(shù)的貢獻(xiàn)就越小。
兩只NE42484A場(chǎng)效應(yīng)管的S參數(shù)盡量選擇一致，微帶基片選用介電常數(shù)為9．2、厚度為1 mm的復(fù)合介質(zhì)基板，利用ADS軟件建立仿真電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，匹配電路的形式選擇微帶阻抗變換型匹配法，該匹配法在形式上相當(dāng)于若干條微帶線相互串聯(lián)而成。根據(jù)NE42484A場(chǎng)效應(yīng)管和SAN-386晶體管的S參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，常用的優(yōu)化方式分為隨機(jī)優(yōu)化和梯度優(yōu)化，隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局域收斂。優(yōu)化時(shí)可設(shè)定少量的可變參數(shù)，對(duì)放大器的各個(gè)指標(biāo)分步驟進(jìn)行優(yōu)化，先用100～200步的隨機(jī)法進(jìn)行優(yōu)化，后用20～30步的梯度法進(jìn)行優(yōu)化，一般可達(dá)最優(yōu)結(jié)果。
評(píng)論