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。