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WCDMA分布式基站低噪声放大器电路设计

发布时间:2020-07-21 18:59:48 阅读: 来源:不锈钢管厂家

引 言 LNA用于接收机前端电路,主要用来放大从天线接收到的微弱信号,降低噪声干扰,其噪声指标直接影响接收机的灵敏度,而灵敏度是通信接收机的关键指标之一,所以LNA电路设计的优略对于接收机性能至关重要,且在商业应用中,数字通信技术的发展对无线基站用LNA电路提出了更为苛刻的要求。

本文引用地址: LNA电路的基本理论 LNA电路的主要技术指标有噪声系数(FN)、增益、工作频带、输入/输出驻波比和增益平坦度等,其中FN和增益对接收机性能的影响较大。 设计LNA电路时,在保证电路绝对稳定,避免产生自激振荡的情况下,尽量降低放大器的FN。对于绝对稳定的晶体管,可以按照最佳噪声匹配得到最低的FN;对于条件稳定的晶体管,要优先考虑稳定性因素。完成匹配后的放大器,要对稳定因子进行测试,在全频段内,要求稳定性因子μ>1。 为保证低噪声性能,通过电抗滤波器提供偏置电压或电流,而不用电阻偏置电路,以避免将电源噪声和偏置电阻的热噪声引入到射频通道。 另外,良好的阻抗匹配设计能够提高电路传输能量,提高系统增益,改善驻波特性,增强系统稳定性,降低噪声等,在设计LNA电路时,应根据不同的性能需求选择不同的匹配方式。

2 LNA电路的设计2.1 器件的选择和级数的确定 设计LNA电路,首先要选择FN小的放大管。从目前的种类和应用来看,Si和SiGe类低噪声晶体管的FN要高一些,好的可做到0.7 dB左右,FN稍高的为砷化镓材料器件,FN最低的为增强型PHEMT(E-PHEMT)器件。本设计选用Agilent的ATF-54143,该放大管为E-PHEMT器件,此类器件具有较优的射频特性。 本文的LNA电路要求实现增益(30±1)dB,FN1 dB,输入/输出的驻波小于1.5,OIP3>30 dBm,采用两级LNA电路级联构成。为了保证LNA电路端口驻波、放大器的稳定性和足够大的增益,前级电路采用平衡式结构,后级电路主要考虑端口驻波、线性和稳定性。LNA电路结构框图如图1所示,射频信号从耦合器1脚输入,功率平均分配到2脚和3脚,但是3脚的射频信号相位比2脚相位滞后90 °。如果上下两路LNA性能以及单板布局完全相同,那么两路LNA的反射系数也完全相同,且下支路的输入反射波相位仍然比上支路的输入反射波相位滞后 90°,即假设上支路的反射波相位为0°,则下支路反射波的相位为-90°。两路反射波经过3 dB耦合器到达1脚,上支路的反射波相位为θ°(假设1脚输入口和2脚耦合口之间的相移为θ°),下支路的反射波到达1脚后,相位变成θ-90°-90° =θ-180°,因此两路反射波在1脚完全抵消,从而保证Input输入驻波非常小。

同理可以分析输出端耦合器1脚输出驻波性能非常好,且输入/输出的反射波都消耗在两个50 Ω电阻上。采用平衡式LNA的最大好处是可以保证LNA单管在最佳噪声匹配的前提下获得非常优良的驻波性能。2.2 器件的稳定性 S参数仿真表明,ATF-54143在低频和高频下都容易自激,本设计采用在输入口和输出口分别加电容(或电感)和电阻串联到地的方式,形成低频端吸收式负载和高频端吸收式负载。稳定性改善后的μ稳定性因子如图2所示。

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