数事共本与表用
平衡式S波段低噪声放大器设计
黄海锋董建明
(中国电子科技集团公司第54研究所河北石家庄050081)
设计开发
摘要:为了满足无人机(UAV)测控系统高接收灵敏度的系统需表,采用平衡式结构实境了一种S波投低乘声放大器(LNA)的设计。该放大器选用 Avago公司的鹰配高电子迁移率易体管ATF-34143(PHEMT),首先对第一级放大器进行最住噪声系数匹配,对第二级进行最大增益匹配设计,然后利用ADS进行电磁仿真、优化。仿真结果显示，该放大器在工作频带内满足噪声系数,增益和电压驻波比的要求。利用该方法设计的低噪声放大器具有较高的稳定性、性能优良，并且大大缩短了研发周期、节省研发成本，达种方法具有告遍的工程应用价值。
关键调：低噪声放大器票声系数ADS仿真及优化电仿具
中图分类号：TN7
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2013)06-0173-02
衡量接收系统品质的一个重要指标是信噪比。一般，在扩频体制中射频信号淹没在噪声之中，提高信号功率比较困难，故改善接收系统信噪比的关键就在于降低接收前端的噪声系数，安置在接收机前端的低噪声放大器的噪声系数基本决定了接收机的噪声系数，低噪声放大器对系统接收到的射频小信号进行低噪声放大，整个接收系统的噪声系数因此大大降低，接收系统的灵敏度会大大提高，信噪比也因此得到了改善川,为了满足无人机(UAV)测控系统高接收灵敏度的系统需求，采用平衡式结构实现了一种S波段低噪声放
大器(LNA)的设计， 1电路结构的选择
低噪声放大器常用分布式、有源匹配式、有耗匹配式、负反馈式、平衡式等几种电路结构形式实现。平衡式放大器，与其他儿种电路结构相比，它可以获得良好的输入输出驻波，颠带宽度较宽，可以达到倍额程，阻抗匹配特性优良，输出功率的线性度很好，噪声系数也比较低，多级级联也较容易，在所设计的频段内是综合实现效果最好的一种方法。
90度相移网络
90度相移网络
区
射频输入
502
图1平衡式结构放大器示意图
1.2 1.0
p)
0.8
Ferinid 0.6
0.4
0.2 0
2.0
4.0
FREQUENCY (GHz)
60mA
6.0
图24V偏置下最小噪声系数与频率和电流关系
50n 射频输出
采用两个三分贝的90度相移耦合器和两个微波放大电路构成对称结构，通过隔离入射信号与反射信号，降低了输人端口和输出端口的电压驻波比。
平衡式放大器原理如(图1)所示。
(图1)所示的电路结构，根据三分贝的90度相移耦合器的传输特性，即使两个微波放大电路在输入端口产生很大的反射，但是在平衡式放大电路的射频输人端口可以没有射频信号的反射，实现比较低的输人电压驻波比。同理可知，经过放大电路后的输出信号会在放大电路的输出端口进行功率合成，而反射信号则会被50 姆的匹配电阻所吸收，因而放大电路的电压驻波比大幅度地降低。具体分析如下：
平衡式放大器的S参数可以表示为：
S.| = 0.5S, (a) S, (b)
25 20
15 10
0
1.0
2.0
3.0
4.0
FREQUENCY(GHz)
60mA 5.0
6.0
图34V偏置下相关增益与频率和电流关系
12 10-6
6 4-2-
m1
freq=2.300GHz
nf(2)0.480 m
(1)
om 1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
ZHE“be
图4平衡式结构单支路LNA的ADS仿真
作者简介黄海锋男，(1979～),中国电子科技集团公司第54研究所工程师,研究方向：通信测控