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WCDMA分布式基站低噪聲放大器電路設(shè)計

作者: 時間:2009-08-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引 言
LNA用于接收機前端電路,主要用來放大從天線接收到的微弱信號,降低噪聲干擾,其噪聲指標直接影響接收機的靈敏度,而靈敏度是通信接收機的關(guān)鍵指標之一,所以LNA的優(yōu)略對于接收機性能至關(guān)重要,且在商業(yè)應(yīng)用中,數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展對無線基站用LNA電路提出了更為苛刻的要求。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/188764.htm

1 LNA電路的基本理論
LNA電路的主要技術(shù)指標有噪聲系數(shù)(FN)、增益、工作頻帶、輸入/輸出駐波比和增益平坦度等,其中FN和增益對接收機性能的影響較大。
設(shè)計LNA電路時,在保證電路絕對穩(wěn)定,避免產(chǎn)生自激振蕩的情況下,盡量降低放大器的FN。對于絕對穩(wěn)定的晶體管,可以按照最佳噪聲匹配得到最低的FN;對于條件穩(wěn)定的晶體管,要優(yōu)先考慮穩(wěn)定性因素。完成匹配后的放大器,要對穩(wěn)定因子進行測試,在全頻段內(nèi),要求穩(wěn)定性因子μ>1。
為保證低噪聲性能,通過電抗濾波器提供偏置電壓或電流,而不用電阻偏置電路,以避免將電源噪聲和偏置電阻的熱噪聲引入到射頻通道。
另外,良好的阻抗匹配設(shè)計能夠提高電路傳輸能量,提高系統(tǒng)增益,改善駐波特性,增強系統(tǒng)穩(wěn)定性,降低噪聲等,在設(shè)計LNA電路時,應(yīng)根據(jù)不同的性能需求選擇不同的匹配方式。

2 LNA電路的設(shè)計
2.1 器件的選擇和級數(shù)的確定
設(shè)計LNA電路,首先要選擇FN小的放大管。從目前的種類和應(yīng)用來看,Si和SiGe類低噪聲晶體管的FN要高一些,好的可做到0.7 dB左右,F(xiàn)N稍高的為砷化鎵材料器件,F(xiàn)N最低的為增強型PHEMT(E-PHEMT)器件。本設(shè)計選用Agilent的ATF-54143,該放大管為E-PHEMT器件,此類器件具有較優(yōu)的射頻特性。
本文的LNA電路要求實現(xiàn)增益(30±1)dB,F(xiàn)N1 dB,輸入/輸出的駐波小于1.5,OIP3>30 dBm,采用兩級LNA電路級聯(lián)構(gòu)成。為了保證LNA電路端口駐波、放大器的穩(wěn)定性和足夠大的增益,前級電路采用平衡式結(jié)構(gòu),后級電路主要考慮端口駐波、線性和穩(wěn)定性。LNA電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,射頻信號從耦合器1腳輸入,功率平均分配到2腳和3腳,但是3腳的射頻信號相位比2腳相位滯后90 °。如果上下兩路LNA性能以及單板布局完全相同,那么兩路LNA的反射系數(shù)也完全相同,且下支路的輸入反射波相位仍然比上支路的輸入反射波相位滯后 90°,即假設(shè)上支路的反射波相位為0°,則下支路反射波的相位為-90°。兩路反射波經(jīng)過3 dB耦合器到達1腳,上支路的反射波相位為θ°(假設(shè)1腳輸入口和2腳耦合口之間的相移為θ°),下支路的反射波到達1腳后,相位變成θ-90°-90° =θ-180°,因此兩路反射波在1腳完全抵消,從而保證Input輸入駐波非常小。

同理可以分析輸出端耦合器1腳輸出駐波性能非常好,且輸入/輸出的反射波都消耗在兩個50 Ω電阻上。采用平衡式LNA的最大好處是可以保證LNA單管在最佳噪聲匹配的前提下獲得非常優(yōu)良的駐波性能。
2.2 器件的穩(wěn)定性
S參數(shù)仿真表明,ATF-54143在低頻和高頻下都容易自激,本設(shè)計采用在輸入口和輸出口分別加電容(或電感)和電阻串聯(lián)到地的方式,形成低頻端吸收式負載和高頻端吸收式負載。穩(wěn)定性改善后的μ穩(wěn)定性因子如圖2所示。

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