GPS接收机低噪声放大器设计

　　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NF<O．50 dB；增益G>16．0 dB；输入驻波比<2；输出驻波比<1．5。

　　1．1 器件选择

　　选择合适的器件，考虑到噪声系数较低、增益较高，所以选择PHEMT GaAsFET低噪声晶体管。在设计低噪声放大器前，首先要建立晶体管的小信号模型，一般公司都会提供具有现成模型的放大器件。这里选择Agilent公司的生产的ATF-54143。1．52～1．60 GHz频带内，设计反τ型匹配网络，该匹配网络由集总元件电感、电容构成。选择电感时，要选择高Q电感。为了在模拟仿真中能够与实际情况相符合，选用Murata公司的电感和电容模型。这里选用贴片电感型号为LQWl8，贴片电容型号为GRMl8，电感LQWl8在1．6 GHz典型Q值为80。

　　1．2 直流偏置

　　在设计低噪声放大器中，设计直流偏置的目标是选择合适的静态工作点，静态点的好坏直接影响电路的噪声、增益和线性度。由电阻组成的简单偏置网络可以为ATF-54143提供合适的静态工作点，但温度性较差。可用有源偏置网络弥补温度性差的缺点，但有源偏置网络会使电路尺寸增加，加大了电路板排版的难度以及增加了功率消耗。在设计实际电路中，要根据具体情况选择有源偏置网络，或是电阻偏置网络。就文中的LNA而言，考虑到结构和成本，这里选择电阻无源偏置网络。采用Agilenl的ATF54143，根据该公司给出的datasheet指标，设计Vds=3．8 V、Ids=ll mA偏置工作点。因为在电流为llmA时ATF-54143性能较好。电阻R3为100 Ω；R2为680 Ω；R1为60 Ω，如图1所示。

 
　　1．3 稳定性设计

　　放大器的稳定性是放大器中需要考虑的重要因素。需要在工作频率下绝对稳定，有两种方法可以判断该器件是无条件稳定。第一种方法

 
　　第二种方法：用s参量组合成的检测标准，只有单一参量μ，其定义为
 
　　要使电路稳定通常有两种方法：第一种，在场效应管漏极端加阻性负载，能够在很宽的频段内使器件产生等阻抗，从而获得宽带稳定性。其缺点是阻性终端要消耗一些能量，降低输出功率；第二种，在源极与地之间加电感，可引起串联负反馈，使器件增益下降，但稳定性提高了。在微波电路中，源极负反馈可以是电感集总元件，也可以是一段短传输线，本设计采用前者。

　　仿真结果如图2，图3所示，可以看出在l 520～l 600 MHz的范围内输入输出及整体稳定性都>1，因此电路在带内稳定。