GPS接收机低噪声放大器设计

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低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)广泛应用于射电天文、卫星接收、雷达通信等收信机灵敏度要求较高的领域，主要作用是放大所接收的微弱信号、降低噪声、使系统解调出所需的信息数据。而噪声系数(Noise Figure，NF)作为其一项重要的技术指标直接反映整个系统的灵敏度，所以LNA设计对整个系统的性能至关重要。1 GPS接收机低噪声放大器的设计    设计的LNA主要指标为：工作频率为1 520～1 600 MHz；噪声系数NF16．0 db；输入驻波比1，因此电路在带内稳定。


                          
                       
                          
                               

1．4 输入输出阻抗匹配电路设计    在设计LNA时，输入匹配不能采用共轭匹配方法，而是采用最佳源反射系数噪声匹配。输入阻抗匹配网络电路由C4和L5组成，如图3所示，网络可以有效降低回波损耗，并提高增益和频带内的稳定性。L1起到通直流和扼交流的作用，C1起到射频旁路的作用。电感L1和L5的Q值对输入端降低电路损耗和减小NF(2)有重要作用。低电感Q值会增大输人噪声，从而影响整个电路的总噪声。    而输出匹配采用共轭匹配设计。输出阻抗匹配网络由C6和L7组成，如图4所示，降低回波损耗，提高增益。C2起着射频旁路作用，C5起着电源去耦作用。    用Smith软件简单求得匹配网络集总元件的值后，再用ADS软件进行优化。优化时，要注意几点：首先通过调谐功能手动调整各个器件参数，知道哪些器件参数对电路指标影响较大，对于敏感的器件参数要小心处理；其次设定优化目标；最后，优化时，要避免自激振荡。1．5 LNA电路的整体优化    对直流偏置设计、稳定性设计和匹配网络设计后，LNA结构基本固定，但为了达到各项指标要求，还需要优化各个器件的值，而且要考虑实际电路微带线、短路接地、过孔的影响，所以还需对电路进行整体仿真优化。    通常在射频电路中，使用的是微带线传输信号，需要注意微带线的宽度，宽度的大小决定特性阻抗。对于输入输出端口通常采用50 Ω特性阻抗。在本次设计中，选用板材是相对常数为2．65，厚度为1 mm的PTFE。利用Agilent公司的Appcad软件，可以计算出微带线的宽度为2．57 mm。    对LNA电路优化时，优化指标的设置要合理。优化指标过程中，要充分利用调谐功能，先知道参数的大概数值，然后在此基础上对各项参数优化，直到达到理想效果。最终仿真结果如图5所示。

1．6 测试结果    图6为实际低噪声放大器实验板，并用矢量网络分析仪和噪声仪测试，测试结果显示：Gain>16．0 db；NF(2)<0．5 db；输人驻波比<2；输出驻波比<1．5。实验结果与仿真结果基本吻合。

2 结束语    文中选用Agilent公司E-PHEMT噪声系数较低的ATF-54143，设计了低噪声放大器。介绍了偏置电路设计，稳定性设计及输入输出网络匹配电路设计的方法。实测结果表明，文中设计的低噪声放大器符合指标要求，适用于GPS频段的通信。