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(chǔ)，采用AL2O3精細(xì)陶瓷做襯底和國際上較先進(jìn)的共晶工藝，運(yùn)用寬帶內(nèi)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和負(fù)反饋并用的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合理論計(jì)算和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高指標(biāo)C波段寬帶低噪聲放大器的設(shè)計(jì)，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，為高性能寬帶低噪聲放大器研制提供了新的設(shè)計(jì)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
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(dá)射頻接收系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求越來越高，其中低噪聲放大器是影響著整個(gè)接收系統(tǒng)的噪聲指標(biāo)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(tǒng)的雜波干擾，提高系統(tǒng)的靈敏度；另一方面可以放大系統(tǒng)的射頻信號(hào)，保證系統(tǒng)正常工作。因此，低噪聲放大器的性能制約著整個(gè)接收系統(tǒng)的性能，對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)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(dāng)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(yīng)用平衡式放大電路，精心研制而成的。

1 電路設(shè)計(jì)
1．1 電路原理
設(shè)計(jì)要求整個(gè)低噪聲放大器的噪聲系數(shù)小于2 dB，增益在32 dB以上，根據(jù)單片放大器目前的增益，需要設(shè)計(jì)三級(jí)放大鏈路，設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

要達(dá)到這種要求，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)必須按最小噪聲系數(shù)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(biāo)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(duì)于級(jí)間匹配一，既要保證噪聲要低，后級(jí)對(duì)前級(jí)的噪聲貢獻(xiàn)要低，又要保證較高的增益，其次還要兼顧兩級(jí)放大器管芯間駐波比情況。對(duì)于級(jí)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(duì)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(hù)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)
1．3．1 耦合器設(shè)計(jì)原理
由于采用了平衡式電路，所以，首先需要設(shè)計(jì)3 dB定向耦合器。在此選用交指線耦合器。交指線耦合器是一種多導(dǎo)體耦合器，其優(yōu)點(diǎn)是：體積小；與雙耦合線器件比較，它的線間距離較大，容易實(shí)現(xiàn)；與分支線耦合比較，它帶寬寬。關(guān)于這種3 dB交指線耦合器在目前尚沒有精確的設(shè)計(jì)方法。一般情況下，其耦合度按以下的三個(gè)設(shè)計(jì)方程來計(jì)算，電路的作用就是完成這種阻抗轉(zhuǎn)換的。

根據(jù)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)過仿真進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。