【高頻小信號放大器設計探究3500字（論文）】

高頻小信號放大器設計研究目錄TOC\o"1-2"\h\u10051高頻小信號放大器設計研究 118009摘要 110675引言 124448一、微波小信號放大器簡介 231100（一）微波小信號放大器的指標 210384（二）微波小信號放大器的理論 222183二、微波小信號放大器的實現(xiàn) 417180（一）微波小信號放大器電路的實現(xiàn) 424450（二）微波小信號放大器驅動電路的實現(xiàn) 421295（三）微波小信號放大器結構的實現(xiàn) 44861三、微波小信號放大器組件的調(diào)試 425284（一）干擾的抑制 526309（二）自激振蕩的消除 524050四、結束語 55966參考文獻 6摘要隨著現(xiàn)代小信號無線通信的發(fā)展，微波小信號放大組件在通信系統(tǒng)中的重要性越來越高，已經(jīng)成為系統(tǒng)中的核心部分。通信系統(tǒng)的性能主要取決于微波組件的參數(shù)好壞。微波小信號放大組件集成了系統(tǒng)中需要的一些主要功能電路，比如上下變頻、小信號放大、濾波、功率分配或耦合、開關、移相等等。同時，微波組件的集成度高、體積小，能夠很好的滿足現(xiàn)代通信小型化的需求。針對在某科研項目中，存在的多功能微波小信號放大的需求，本文完成了一個小信號放大組件的設計和實現(xiàn)的工作。本文分析了各種小信號放大技術、微帶開關、功率分配和幅度均衡技術，設計了合理的微波小信號放大組件實現(xiàn)方案。采用優(yōu)良的微波單片集成電路（MMIC）芯片，使用混合集成電路加工技術，成功研制了一種微波小信號放大組件。關鍵詞：小信號波；放大器；單片集成電路引言隨著無線通信和軍事領域新標準新技術的不斷發(fā)展，就要求微波通信系統(tǒng)向小信號化、低噪聲、小型化、自動化、集成化以及更高的工作頻段發(fā)展。而放大器組件是通信系統(tǒng)中的關鍵組成部分，因此系統(tǒng)整體對放大器組件的工作帶寬、指標性能、體積、重量、可靠性等都提出了更高要求。低噪聲的放大器組件在所有的通信系統(tǒng)中，都是處于接收機前端的位置，在通信接收系統(tǒng)中起著非常重要的作用。寬頻帶的低噪聲放大器，在現(xiàn)在的通信系統(tǒng)中，可以接收和放大更多的信息量，具有更高的兼容性。小信號放大器是射頻有源電路的重要組成部分，在小信號的通信系統(tǒng)中起著重要的地位和作用，它的應用領域比較廣泛，比如在雷達、導航、衛(wèi)星地面站等通信系統(tǒng)。一、微波小信號放大器簡介（一）微波小信號放大器的指標微波放大器主要包括低噪聲放大器（LNA）、小信號放大器和功率（PA）放大器等類型。描述放大器性能的指標很多，如功率增益、通頻帶、輸出功率、1dB壓縮點、三階截點、輸入駐波比、輸出駐波比、工作電壓、工作電流等指標，本節(jié)將對放大器的一些重要特性參數(shù)作簡要描述，放大器輸出功率與互調(diào)分量隨輸入功率變化曲線如圖2-3所示。圖2-3放大器輸出功率與互調(diào)分量隨輸入功率變化曲線（二）微波小信號放大器的理論1、平衡式結構平衡式結構由放大器和3dB電橋組成，其工作原理如圖2-5所示，平衡式結構的放大器工作頻帶可以拓寬為一個倍頻程。根據(jù)其電路原理圖可知，平衡式結構放大器的輸入輸出均3dB電橋，可以得到較好的駐波系數(shù)。同時，由于是雙管合成電路，輸出最大功率增加3dB。而且當其中一個管子損壞時，另一個管子仍能正常工作，可以保證電路的基本功能正常，只是增益降低。電橋的尺寸以及增加的一個放大器的尺寸會導致總的電路尺寸比較大。不過，電路單元的尺寸本身就很小，這一點影響不大。圖2-5平衡式放大器原理圖2、反饋式結構負反饋電路是加寬放大器帶寬的有效措施。負反饋一詞意味著晶體管的輸出信號被耦合回到輸入口并與輸入信號反向疊加，利用反饋信號抵消部分輸入信號，使輸入信號減小，而通過反饋網(wǎng)絡的相位調(diào)節(jié)也可以使反饋信號與輸入信號同相疊加，使信號加強，從而得到正反饋。反饋式結構的工作原理如圖2-6所示。其優(yōu)點是帶內(nèi)波動、駐波比較好，同時，可提高放大器的穩(wěn)定性。不過，缺點是由于反饋網(wǎng)絡帶來的損耗，噪聲系數(shù)會因此惡化。圖2-6反饋式放大器原理圖3、有損匹配式結構有損匹配電路是另一種加寬頻帶的有效措施，它的原理是通過對高增益的低頻端增加阻性損耗，使增益壓低。有損匹配式結構的工作原理如圖2-7所示，這種匹配電路簡單，應用方便，但是增加的損耗很大，直接導致鏈路噪聲系數(shù)增加。所以不能用在第一級低噪聲放大器的前面，而應在后級放大器電路上采用，以減少對系統(tǒng)噪聲的影響。因此，這種方法只用于對放大器噪聲要求不高而頻帶低端很低的小信號放大器設計。圖2-7有損匹配式結構圖二、微波小信號放大器的實現(xiàn)（一）微波小信號放大器電路的實現(xiàn)放大器組件往往采用多個放大級級聯(lián)的形式，直流饋電線一般需在工作頻率和低頻頻率上同時提供旁路濾波性能，有效地阻止微波能量漏入直流饋電線中。要確定多級放大器的級間聯(lián)接方式。多級放大器級聯(lián)時，增益起伏指標可能變壞，級聯(lián)之后可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。級聯(lián)的穩(wěn)定性還與放大器的電路類型有關。根據(jù)前面設計仿真的結果，對各個部分進行電路設計。放大器的電路相對簡單，只需將裸芯片燒結在載板上即可完成。（二）微波小信號放大器驅動電路的實現(xiàn)驅動電路部分和電源合在一起。按照設計思路，電源部分優(yōu)選小封裝穩(wěn)壓芯片。驅動部分則選則華虹的驅動芯片，按照典型應用電路，進行PCB布局設計。布局時需在結構上和射頻電路部分進行一一對應。將射頻部分的電路在CAD中進行鏡像處理后，即可作為驅動板的布局參考。針對需要提供偏置和驅動的位置，則在驅動板上確定對應確定焊盤點。（三）微波小信號放大器結構的實現(xiàn)腔體的設計主要考慮的是電磁屏蔽、密封盒防腐蝕等，本產(chǎn)品腔體采用的是鍍金的可伐腔體，用當前國際流行的平行密封焊方式，對器件進行優(yōu)良的氣密性封裝，有效的保護器件免受外界環(huán)境的影響。另外，我們知道在裝有微帶電路的腔體中，其最低階的TE10模若不抑制將嚴重限制微帶電路的工作上線頻率，因此在腔體設計中，合理選擇腔體的高度、寬度以避免TE10波導模在工作頻帶內(nèi)出現(xiàn)，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。三、微波小信號放大器組件的調(diào)試（一）干擾的抑制因為放大器的增益高，如果電路中的布線不合理，容易產(chǎn)生小的干擾電平，經(jīng)過放大后，就會變成很大的電平，形成干擾信號。這種情況下，輸入端不加射頻信號，也能在輸出測到噪聲或者干擾電壓。對此，可以采取以下一些辦法來進行抑制:1、盡量選用低噪聲放大器，降低系統(tǒng)的噪聲；2、合理的布局布線。電路的布局要合理，信號的走線清晰，減少迂回或繞彎形式。好的布局應該是讓人一眼就可以清楚的識別各個部分的功能劃分，并具有整潔的排版。不同的信號線、以及不同電源的線路要分開，保持足夠隔離，以免相互感應；3、屏蔽。控制信號的輸入線采用抗干擾的金屬屏蔽線，其外套是金屬編織網(wǎng)，可以直接接地。這種方式可以很好的保護控制信號不相互串擾，也不會有射頻信號的干擾。整個射頻組件用金屬鋁腔制作，具有很好的屏蔽性，接地良好；4、濾波。在電源線的輸入點處加濾波電路，可以防止電源上串入干擾信號。5、選擇合理的接地點。在各極放大電路中，芯片的接地管腳應就近打接地孔接地，并在附近放置安裝螺孔，保證好的接地和散熱。如果接地不良，也會造成放大器的不穩(wěn)定，產(chǎn)生干擾。（二）自激振蕩的消除檢查放大器是否發(fā)生自激振蕩，可以在輸入端接50歐姆負載，用示波器探頭在輸出端信號線上測試，如果看到帶有毛刺的正弦電壓波形，就說明產(chǎn)生了振蕩。自激振蕩和噪聲的區(qū)別是，自激振蕩產(chǎn)生的頻率要么是非常高的頻率，要么是非常低的頻率，而且頻率隨著放大器參數(shù)不同而變化，是一種無明顯規(guī)律的信號，振蕩波形通常都有規(guī)律性，其電平也較高，容易使放大器處于飽和狀態(tài)；高頻振蕩多半是由于接地不好、布線問題導致的。對此應合理布線，減少線路上的相互耦合、環(huán)路起振等情況發(fā)生，也可以用一個小電容(例如1000PF左右)在電路中并聯(lián)到地尋找敏感點，在敏感點處可以看到振蕩消除，找到最靈敏的一點時，可以在此處接電容到地。這種方法屬于高頻濾波，可以消除高頻振蕩。需注意此時振蕩消除后，能否一直保持穩(wěn)定，不再反復產(chǎn)生。四、結束語本文主要針對一種2GHz～8GHz小信號放大器組件進行了討論與研究，對放大器、均衡器、開關和功分器的設計方法進行了介紹，在此基礎上提出了一種更優(yōu)的方案，設計了各部分電路，并進行了電路仿真和優(yōu)化。最后，設計出了小信號放大器的組件，最終成功實現(xiàn)了所需指標，并給出了實測結果，進行了分析。本文對組件進行了細致調(diào)試，并詳細測試，介紹了測試方法和測試步驟，整理完成測試數(shù)據(jù)表，將軟件仿真結果與實測指標進行對比分析。并對設計經(jīng)驗和調(diào)試方法進行了總結。小信號放大器組件的實現(xiàn)，可以獲得更寬的工作帶寬，在小信號無線應用中有著非常重要的作用，對于接收機有著很大的意義。參考文獻[1]王光旭,張欣.模擬電子小信號放大器實驗板的設計與制作[J].電子測試,2021(7):3.[2]孫玉軒,黃垂民.基于AD620的小信