基于GSM的寬帶LNA電路設(shè)計

1、基于gsm的寬帶lna電路設(shè)計低噪聲(lna)是無線通信設(shè)備中的關(guān)鍵，位于接收設(shè)備的最前端，對從天線接收的微弱信號舉行放大，其噪聲性能和增益對整機性能有重要影響，因此，要求該電路在小于要求噪聲指標的狀況下，具有盡可能高的增益。普通狀況下，最小噪聲系數(shù)和最大增益是不能同時達到的，它們的指標主要由輸入匹配電路打算。為了達到設(shè)計要求，普通都實行兼顧的原則。在國內(nèi)gsm系統(tǒng)中，工作頻率籠罩了l710mhz1990mhz的范圍，假如用法窄帶lna電路，只能用于一種體制，應(yīng)用受到一定限制。本文設(shè)計的寬帶lna電路，其工作頻率籠罩了上述頻率范圍，使接收機前端的lna電路具有很大靈便性。1 低噪聲放大電路的設(shè)

2、計及優(yōu)化11 性能指標和器件挑選設(shè)計要求工作頻率為1700mhz2000mhz，噪聲系數(shù)小于18db，增益大于13db，輸入駐波比小于20，輸出電壓駐波比小于35。設(shè)計選用agilent公司的at41486管。該器件為通用npn雙極型硅管，具有低噪聲、高增益、頻率特性好等優(yōu)良特性。模型選用ads自帶的pb參數(shù)模型。12 電路穩(wěn)定性電路穩(wěn)定性既是放大電路的一個重要指標，又是電路正常工作的先決條件。電路穩(wěn)定工作是最基本的要求，而任何射頻電路在某些頻段和某些終端條件下都有產(chǎn)生振蕩的可能性。造成電路不穩(wěn)定的因素無數(shù)，主要有管子的s參數(shù)、輸入輸出匹配電路以及選取的工作點等。穩(wěn)定性度量通常用穩(wěn)定因子k、b

3、、表示，他們是器件小信號s參數(shù)的函數(shù)。在用法ads工具時，計算k和b兩個參數(shù)十分便利，因此，這里用它們來衡量電路的穩(wěn)定性。計算公式如下：只要k>l，|b|>0，電路就能穩(wěn)定工作通過ads對晶體管at41486的穩(wěn)定因子舉行仿真，結(jié)果如表1所示。由表1可見，在1600mhz到2100mhz范圍內(nèi)，都滿足k>1和b>0的要求，解釋晶體管在所工作的頻段是肯定穩(wěn)定的，不需要實行穩(wěn)定措施。13 噪聲系數(shù)射頻系統(tǒng)的噪聲系數(shù)與每一級電路的噪聲系數(shù)f和除末級外的功率增益g有關(guān)。假如射頻系統(tǒng)包括n級電路，其中第i級的功率增益為gi，噪聲系數(shù)為fi，則射頻系統(tǒng)的噪聲系數(shù)f可表示為：由式(5

4、)可見，第一級的噪聲系數(shù)f1和增益g1對電路的整體噪聲指標影響最大，而lna恰為系統(tǒng)第一級，因此，它的設(shè)計十分重要，要求具有足夠小的噪聲系數(shù)，盡量高的增益。對于單級lna電路來說，其噪聲系數(shù)可通過下面的式(6)計算，其中，分離表示晶體管的最小噪聲系數(shù)、獲得最小噪聲系數(shù)時的最佳源反射系數(shù)和晶體管的等效噪聲，它們均由管子本身的特性打算，其數(shù)值如表2所示。為輸入端源反射系數(shù)。由式(6)可以看出，當初，放大電路的噪聲系數(shù)f最小，等于fmin。因為要兼顧放大電路的增益ggain，因此，在滿足噪聲系數(shù)f要求的狀況下，實際匹配可以適當偏離，以取得更大的增益，滿足整體性能指標。由表2可以看出，只要設(shè)計合理，在

5、1700mhz2000mhz范圍內(nèi)徹低可以實現(xiàn)小于18db的噪聲系數(shù)。設(shè)計時，輸入匹配初始選，然后再按照其他指標舉行優(yōu)化。14 lna結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計電路結(jié)構(gòu)1所示，設(shè)計重點是輸入輸出匹配電路?？紤]到工作頻率范圍寬，因此，輸入匹配采納微帶雙枝短截線，輸出為微帶單枝短截線。直流偏置按照管子的資料，采納10v電源，工作點設(shè)置為vce=80v，ic=10ma。141 輸入匹配電路通過仿真得到最佳源反射系數(shù)時的最佳輸入阻抗為11-j*142。為了得到最小噪聲系數(shù)，令，根據(jù)該阻抗設(shè)計輸入匹配電路，噪聲系數(shù)最小，但此時輸入端是失配的，因此，增益不是最大，電壓駐波比也不是最小。設(shè)計選用聚四氟乙烯材料，r=26

6、5，h=08mm，t=35m。為了實現(xiàn)寬帶放大，輸入端采納微帶雙枝短截線。利用計算工具可得到符合要求的輸入匹配電路2所示。142 輸出匹配電路用法同樣的辦法可以得到輸出阻抗為7805-j*4265。輸出訪用微帶單枝短截線，以實現(xiàn)共軛匹配。仿真得到的單枝短截線為w1=w2=-w3=2188mm，l4=2933mm，l5=1562mm。15 仿真結(jié)果及分析圖3為完整電路原理圖。通過ads對其反復(fù)優(yōu)化，其結(jié)果4、5和表3、4所示。(1)從圖4可以看出，電路在1700mhz2000mhz頻率范圍內(nèi)增益大于13db，其中最大增益點在1800mhz位置，為135db，增益波動為05-db，符合性能指標要求。(2)按照圖5的噪聲系數(shù)曲線，在工作頻段內(nèi)，最大噪聲系數(shù)在2000mhz處，為1799db，小于18db的目標。(3)由表3可見，輸入電壓反射系數(shù)vswrl小于20，輸出電壓反射系數(shù)vswr2在1750mhz以下超過25，不大于30，符合設(shè)計要求。(4)表4顯示，在要求頻段內(nèi)滿足k>1和b>0的要求，解釋電路是肯定穩(wěn)定的。綜上所述，此電路達到了設(shè)計要求。2 結(jié)束語從以上結(jié)果可以看出，利用ads軟件，采納pb模型設(shè)計的低噪聲寬帶放大電路，達到了設(shè)計要求，可用于gsm基站前