基于GSM的宽带低噪声放大器威廉希尔官方网站 设计与实现

　　通过选用噪声系数小、性能优良、价格便宜的AT41486晶体管，使用安捷伦公司的ADS软件，设计了一个适于基站GSM的多制式宽带低噪声放大器（LNA）。该放大器工作频率范围为1700MHz～2000MHz，噪声系数不大于1．8dB，增益不小于13dB，频带内增益平坦度不大于0．5-dB，输入电压驻波比小于2．0，输出电压驻波比小于3．3。威廉希尔官方网站 具有噪声系数小，增益大，频带内增益平坦度小，性能优良等特点。

　　0 引言

　　低噪声放大器（LNA）是无线通信设备中的关键威廉希尔官方网站 ，位于接收设备的最前端，对从天线接收的微弱射频信号进行放大，其噪声性能和增益对整机性能有重要影响，因此，要求该威廉希尔官方网站 在小于要求噪声指标的情况下，具有尽可能高的增益。一般情况下，最小噪声系数和最大增益是不能同时达到的，它们的指标主要由输入匹配威廉希尔官方网站 决定。为了达到设计要求，一般都采取兼顾的原则。

　　在国内GSM系统中，工作频率覆盖了l710MHz～1990MHz的范围，如果使用窄带LNA威廉希尔官方网站 ，只能用于一种体制，应用受到一定限制。本文设计的宽带LNA威廉希尔官方网站 ，其工作频率覆盖了上述频率范围，使接收机前端的LNA威廉希尔官方网站 具有很大灵活性。

　　1 低噪声放大威廉希尔官方网站 的设计仿真及优化

　　1．1 性能指标和器件选择

　　设计要求工作频率为1700MHz～2000MHz，噪声系数小于1．8dB，增益大于13dB，输入电压驻波比小于2．0，输出电压驻波比小于3．5。

　　设计选用Agilent公司的AT41486管。该器件为通用NPN双极型硅管，具有低噪声、高增益、频率特性好等优良特性。模型选用ADS自带的pb参数模型。

　　1．2 威廉希尔官方网站 稳定性

　　威廉希尔官方网站 稳定性既是放大威廉希尔官方网站 的一个重要指标，又是威廉希尔官方网站 正常工作的先决条件。威廉希尔官方网站 稳定工作是最基本的要求，而任何射频威廉希尔官方网站 在某些频段和某些终端条件下都有产生振荡的可能性。造成威廉希尔官方网站 不稳定的因素很多，主要有管子的S参数、输入输出匹配威廉希尔官方网站 以及选取的工作点等。稳定性度量通常用稳定因子K、B、△表示，他们是器件小信号S参数的函数。在使用ADS工具时，计算K和B两个参数非常方便，因此，这里用它们来衡量威廉希尔官方网站 的稳定性。计算公式如下：

　　

　　只要K》l，|B|》0，威廉希尔官方网站 就能稳定工作

　　通过ADS对晶体管AT41486的稳定因子进行仿真，结果如表1所示。

　　

　　由表1可见，在1600MHz到2100MHz范围内，都满足K》1和B》0的要求，说明晶体管在所工作的频段是绝对稳定的，不需要采取稳定措施。

　　1．3 噪声系数

　　射频系统的噪声系数与每一级威廉希尔官方网站 的噪声系数F和除末级外的功率增益G有关。如果射频系统包括N级威廉希尔官方网站 ，其中第i级的功率增益为Gi，噪声系数为Fi，则射频系统的噪声系数F可表示为：

　　

　　由式（5）可见，第一级的噪声系数F1和增益G1对威廉希尔官方网站 的整体噪声指标影响最大，而LNA恰为系统第一级，因此，它的设计非常重要，要求具有足够小的噪声系数，尽量高的增益。对于单级LNA威廉希尔官方网站 来说，其噪声系数可通过下面的式（6）计算，

　　

　　其中，分别表示晶体管的最小噪声系数、获得最小噪声系数时的最佳源反射系数和晶体管的等效噪声电阻，它们均由管子本身的特性决定，其数值如表2所示。为输入端源反射系数。由式（6）可以看出，当时，放大威廉希尔官方网站 的噪声系数F最小，等于Fmin。

　　

　　由于要兼顾放大威廉希尔官方网站 的增益Ggain，因此，在满足噪声系数F要求的情况下，实际匹配可以适当偏离，以取得更大的增益，满足整体性能指标。由表2可以看出，只要设计合理，在1700MHz～2000MHz范围内完全可以实现小于1．8dB的噪声系数。设计时，输入匹配初始选，然后再根据其他指标进行优化。

　　1．4 LNA结构分析与设计

　　威廉希尔官方网站 结构如图1所示，设计重点是输入输出匹配威廉希尔官方网站 。考虑到工作频率范围宽，因此，输入匹配采用微带双枝短截线，输出为微带单枝短截线。直流偏置根据管子的资料，采用10V电源，工作点设置为Vce=8．0V，Ic=10mA。

　　

　　1．4．1 输入匹配威廉希尔官方网站

　　通过仿真得到最佳源反射系数时的最佳输入阻抗为11-j*14．2。为了得到最小噪声系数，令，按照该阻抗设计输入匹配威廉希尔官方网站 ，噪声系数最小，但此时输入端是失配的，因此，增益不是最大，电压驻波比也不是最小。

　　设计选用聚四氟乙烯材料，εr=2．65，H=0．8mm，T=35μm。为了实现宽带放大，输入端采用微带双枝短截线。利用计算工具可得到符合要求的输入匹配威廉希尔官方网站 如图2所示。

　　

　　1．4．2 输出匹配威廉希尔官方网站

　　使用同样的方法可以得到输出阻抗为78．05-j*42．65。输出使用微带单枝短截线，以实现共轭匹配。仿真得到的单枝短截线为W1=W2=-W3=2．188mm，L4=29．33mm，L5=15．62mm。

　　1．5 仿真结果及分析

　　图3为完整威廉希尔官方网站 原理图。通过ADS对其反复优化，其结果如图4、5和表3、4所示。

　　

　　（1）从图4可以看出，威廉希尔官方网站 在1700MHz～2000MHz频率范围内增益大于13dB，其中最大增益点在1800MHz位置，为13．5dB，增益波动为0．5-dB，符合性能指标要求。

　　（2）根据图5的噪声系数曲线，在工作频段内，最大噪声系数在2000MHz处，为1．799dB，小于1．8dB的目标。

　　（3）由表3可见，输入电压反射系数VSWRl小于2．0，输出电压反射系数VSWR2在1750MHz以下超过2．5，不大于3．0，符合设计要求。

　　（4）表4显示，在要求频段内满足K》1和B》0的要求，说明威廉希尔官方网站 是绝对稳定的。

　　综上所述，此威廉希尔官方网站 达到了设计要求。

　　2 结束语

　　从以上结果可以看出，利用ADS软件，采用pb模型设计的低噪声宽带放大威廉希尔官方网站 ，达到了设计要求，可用于GSM基站前端，比以往的LNA具有更宽的工作带宽，增益和噪声系数不低于其他产品，具有重要的实际意义和应用前景。由于射频威廉希尔官方网站 设计的复杂性和要求的精确性，威廉希尔官方网站 性能指标的实现受多种因素制约，需要反复调整和优化。