低噪音放大器(low-noise amplifier )是一類特殊的電子放大器,主要用于通訊系統(tǒng)中將接收自天線的信號放大,以便于后級的電子設(shè)備處理。由于來自天線的信號一般都非常微弱,低噪音放大器一般情況下均位于非常靠近天線的部位,以減小信號通過傳輸線的損�,因此它的特性直接影響著整個接收機(jī)接受信號的質(zhì)量。這種“有源天線”的配置廣泛�(yīng)用于全球定位系統(tǒng)(GPS)等微波系統(tǒng)�。這是�?yàn)橥S電纜在微波頻率范圍內(nèi)損耗很��
1、噪聲系�(shù)NF
噪聲系數(shù)是輸入信號的信噪比與輸出信號的信噪比的比�,表示信號經(jīng)過放大器后信號質(zhì)量的變壞程度。級�(lián)�(wǎng)�(luò)�,越靠前端的元件對整個噪聲系�(shù)的影響越大。在接收前端,必須做低噪聲設(shè)�。放大器的設(shè)計要�(yuǎn)離不�(wěn)定區(qū)。噪聲的好壞主要取決于器件和電路�(shè)��
2、增益G
它是放大器的基本指標(biāo)。按照增益可確定放大器的級數(shù)和器件類��
3、動�(tài)范圍
動態(tài)范圍是指低噪音放大器輸入信號允許的最小功率和功率的范�。動�(tài)范圍的下限取決于噪聲性能�
4、頻率范�
工作頻率范圍是選擇器件和電路�?fù)湓O(shè)計的前提�
5、輸入輸出的駐波比和反射系數(shù)
低噪音放大器具有很低的噪聲系�(shù)和很寬的頻率范圍,當(dāng)信號較弱時,將探頭的輸出先經(jīng)過低噪聲放大器放�,再送到接收�(jī)�
低噪音放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信�,降低噪聲干擾,以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)�(jù),提高低噪聲放大器的增益對降低整機(jī)的噪聲系�(shù)非常有利,但低噪聲放大器的增益過高會影響整個接收機(jī)器的線性度提出很高的要求�
在�(jìn)行低噪聲放大器的�(shí)際設(shè)計中,一定要注意以下5�(diǎn)�
1)放大器中放大管的選� 在微波電路中�(yīng)用的低噪聲放大管的主要要求是高增益和低噪�,以及足夠的動態(tài)范圍。目前雙極型低噪聲管的工作頻率可以達(dá)到幾個千兆,噪聲系數(shù)為幾個分�,而砷化鉀信號的場效應(yīng)管的工作頻率更高,并且噪聲系�(shù)可在1dB以下�
選取低噪聲放大器管�??梢詮囊韵聝蓚€方面�(jìn)行考慮�
?�?)微波低噪聲管的噪聲系數(shù)足夠小,工作頻段足夠�,一般晶體管的fT一般要比工作頻率高4倍以上,而PHEMT場效�(yīng)管的噪聲系數(shù)�2GHz時約�0.5dB,工作頻率高端可�(dá)�6GHz�
?�?)微波低噪聲管要有足夠高的增益和動態(tài)范圍,一般要求放大器工作增益大于10dB以上。當(dāng)輸入信號�(dá)到系�(tǒng)值時,由放大器非線性引起的交調(diào)分量小于系統(tǒng)基底噪聲�
2)I/O匹配電路的設(shè)計原� 對單級晶體管放大器的噪聲系數(shù),可以轉(zhuǎn)化成等噪聲系�(shù)�。圓上每一個點(diǎn)代表一個能�(chǎn)生恒定噪聲系�(shù)的源�(fā)射系�(shù)。若要獲得需要的噪聲系數(shù),只要在圓圖上畫出對�(yīng)于這個噪聲系�(shù)的圓,然后將源阻抗匹配到這個圓上的一個點(diǎn)就行�。實(shí)際設(shè)計中由于要兼顧到放大器的增益,通常不取最小噪聲系�(shù)。在對放大器�(jìn)行單�(xiàng)化設(shè)計時,對于特定的晶體管S11、S22是確定的,不同的源反射系�(shù) 和負(fù)載系�(shù) 可以�(gòu)成恒定增益圓,設(shè)計時只須將源和負(fù)載反射系�(shù)分別匹配到相�(yīng)的圓�,便能得到相�(yīng)的增益。將恒定增益圓與等噪聲系�(shù)圓結(jié)合起來設(shè)�,便能得到比較理想的�(jié)果�
3)電路中需要注意的一些問� 一般對于低噪聲放大器采用高Q值的電感完成偏置和匹配功�,由于電阻會�(chǎn)生附加的熱噪聲,放大器的輸入端應(yīng)盡量避免直接近接到偏置電阻上。用于低噪聲放大器的印制板應(yīng)具有損耗小,易于加�,性質(zhì)�(wěn)定的特點(diǎn),材料的物理和電氣性能均勻(特別是介電常數(shù)和厚度)。同時對材料的表面光潔度有一定要�,�??梢圆捎靡訤R74(介電常�(shù)4�5之間)為基片的板�,如果電路要求較高可采用以氧化鋁陶瓷等材料為基片的微波板�,在PCB布板中則要考慮到鄰近相�(guān)電路的影�,注意濾�、接地和外電路設(shè)計中要滿足電磁兼容設(shè)計原��
4)低噪聲放大器方便的�(shè)計手� 目前低噪聲放大器的設(shè)計普通采用CAD的方法�(jìn)行仿�,國�(nèi)較流行的有EESOF、MWOffice和ADS等軟�。相對而言Agilent公司的ADS功能�(qiáng)�、簡明直觀、應(yīng)用范圍較�,大多數(shù)公司和科研單位的LAN基本上都采用ADS�(jìn)行仿真,并且效果良好�
5)同行業(yè)低噪聲放大器的發(fā)展水� 隨著半導(dǎo)體器件的�(fā)展,低噪聲放大器的性能不斷提高,采用PHEMT場效�(yīng)晶體管的低噪聲放大器的在800MHz頻段噪聲系數(shù)可達(dá)�0.4dB,增益約17dB�1900MHz頻段噪聲系數(shù)可達(dá)�0.6,增益約�15dB。在本章�,受篇幅限制,僅介紹一個基于BJT的低噪聲放大器的�(shè)�,今后讀者用其他的晶體管�(jìn)行設(shè)計時,基本原理和步驟完全相同�
維庫電子�,電子知�,一查百��
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