基于噪声抵消技术的超宽带低噪声放大器

总结，并比较了它们的主要参数。

由表1可以看出，Rogers4350B即表中的RO4350B，具有较低的热膨胀系数，较低的损耗角正切，较低的介电常数。因此，选用Rogers4350B作为此次板级放大器设计的基板。在国内RO4350B，板材厂家生产的规格有10mil/20mil/30mil/60mil等四种板厚度，电路板的特性阻抗随着它的厚度的增加而增加，因此我们选择了厚度适中的大小为30mil的规格。此次交付生产的基板，实际相对介电常数为3.48，基板厚度为0.762mm（30mil），微带线金属铜片厚度为0.07mm，损耗角正切（tanδ）为0.0037。

4.2器件的选取。晶体管的选取用于微波电路的晶体管其主要参数指标为截止频率fT和噪声系数，我们在做晶体管的选取的时候fT是一个重要的参考量，要比我们设计的工作频带高4倍数以上，即在工作频带最高处晶体管的增益仍然能达到12dB以上。晶体管作为低噪声放大器的重要元件其噪声系数也是至关重要的。其次是晶体管的封装。我们知道，在射频微波电路中，由于信号的频率非常高，波长短，如果器件的封装尺寸越大，带来的寄生干扰也就越大，因此，我们选择封装尺寸相对较小的晶体管。而且，满足上述条件后，还需选择有ADS模型文件的晶体管。所设计的放大器需要在ADS中进行仿真验证，如果没有模型文件，我们将无法仿真。某公司的BFP740三极管的增益和噪声系数示意图如下面所示，图3为该型号三级管的增益随频率变化的增益示意图，根据该图可知：在1.8GHz时，该管的最大稳定增益为27dB，按照每倍频6dB衰减来计算，在7GHz时仍可获得15dB的最大稳定增益，相比于其他的晶体管来说，该管的增益性能适用于我们设计的宽带低噪声放大器。

4.3无源器件的选取

电阻是电子电路的最基本的无源元件之一，电阻在本论文板级放大器中起到搭建偏置电路和放大器负载的作用。由于金属薄膜电阻焊接在PCB板上时寄生电感较大，因此选用贴片金属膜电阻。而且贴片电阻的电性能稳定，可靠性高，体积较小，所以采用贴片电阻，等效电路如图4所示。由于电感、电容值均不是特别大，因此在低频时呈现出电阻特性，随着频率的增加电容C2起主要作用，阻抗逐渐减小；当达到L1、L2和C1谐振点时阻抗达到最小值。再随着频率的增加电容呈现电感特性，电感L1、L2起主导作用，阻抗值随频率增大而增大。由于电感值较小，增大比较平缓。

4.4板级放大器的实现

由于芯片设计和 PCB 设计区别较大，因此需做出相应调整，但是其核心放大电路拓扑结构是相同的。输入匹配由微带线 TL1、TL2，电容 C1，电感 L1组成；输出匹配由微带线TL4、TL3，电容C5组成。为4.3节中分析的输入、输出匹配。整个板级放大器的拓扑结构如5所示。

对图5的电路原理图在ADS 中进行仿真，初步验证电路功能的正确性。之后，导入电阻、电容、电感和晶体管的仿真模型，把较长的理想导线替换为微带线，完成预布线。

按照上图画出电路图后，通过在版图中调节各个元件的位置来优化版图结构和面积，由于微带连接线的长度和宽度对信号传输有影响，对它们调整后都需要在原理图中调节元件的值和微带线的参数来保持电路的性能。通过版图与电路原理图的调试，可以大致确定所有微带线的尺寸，然后在 ADS 中绘出适合电磁仿真用的版图。

4.5板级放大器的输入、输出匹配

由于在高频时分立元件的寄生参数效应十分明显，在设计时必须将这些寄生效应考虑进去，这使得采用集总元件实现输入输出匹配变得十分困难，频率高时，由于工作波长，微带线的机械尺寸通常是既短又宽。若采用分支线结构，则由于分支线太短，微带线的不均匀区的电磁场影响很大，计算精度相对要下降。因此，本论文的输入、输出匹配均采用单节短截线匹配网络。在印制电路板设计中，开路短截线往往更加适合匹配网络，因为开路短截线不需要打通孔。而短路短截线则必须有通孔，这样就会带来一定的寄生干扰。实际放大器都有一定的工作频带，从理论上讲，微带线单纯的用微带线匹配，只能是一个频率点上或者很窄的窄带，而整个频带内多个频率点的阻抗不可能都匹配良好。因此，匹配电路形式往往是综合运用的。因此，本文的宽带低噪声放大器板级电路的输入、输出匹配网络采用微带线加集总元件匹配网络。

结束语

超宽带低噪声放大器（UWBLNA）作为超宽带无线接收机的重要模块，越来越受到人们广泛关注。本论文对基于噪声抵消技术的超宽带低噪声放大器行研究，实测结果验证了板级宽带低噪声放大器设计的可行性。

参考文献：

[1]徐洪波.基于CMOS工艺的超宽带低噪声放大器设计[D].西南交通大学，2010.

[2]岑明灿.无线接收机前端低噪声放大器的研究[D].广西师范大学，2014.

[3]杨帆.宽带接收机关键电路模块的设计[D].电子科技大学，2013.

[4]沈晓燕，杨衡静，张振娟.一种基于噪声抵消的0.5μmCMOS宽带低噪声放大器设计[J].电路与系统学报，2010，04：82-85.

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