CDMA 基站中低噪聲放大器設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯CDMA基站中低噪聲放大器設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用摘要:敘述一種應(yīng)用于CDMA2000基站前端的低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方案,根據(jù)基站接收系統(tǒng)架構(gòu)確定低噪聲放大器指標(biāo),利用安捷倫的先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),仿真結(jié)果表明放大器工作頻率在810～850MHz頻率范圍內(nèi)增益為18dB左右,噪聲系數(shù)018dB,輸入回波損耗大于15dB,輸出回波損耗大于12dB。經(jīng)實(shí)際調(diào)試與測(cè)量表明結(jié)果達(dá)到了指標(biāo)要求,準(zhǔn)備應(yīng)用于杭州某通信公司的產(chǎn)品中。

隨著移動(dòng)通信的普及,移動(dòng)通信設(shè)備商之間競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈;各大通信巨頭為了搶奪市場(chǎng),不斷提高基站的性能,降低基站的價(jià)格;低噪聲放大器是基站接收機(jī)的級(jí),圖1是典型的基站結(jié)構(gòu)示意圖,從圖中可以看到低噪聲放大器位于接收機(jī)的前端,因此對(duì)基站接收機(jī)來(lái)說(shuō),低噪聲放大器是十分關(guān)鍵的部件,它直接影響到整個(gè)接收鏈路的信噪比,對(duì)提高基站靈敏度有決定性影響。

安捷倫公司的ATF54143是一種增強(qiáng)型偽高電子遷移率晶體管,不需要負(fù)柵極電壓,與耗盡型管相比較,可以簡(jiǎn)化排版而且減少零件數(shù),該晶體管顯著的特點(diǎn)是低噪聲,并具有高增益、高線(xiàn)性度等特性,他特別適用于工作頻率范圍在450MHz～6GHz之間的蜂窩/PCS/WCDMA基站、無(wú)線(xiàn)本地環(huán)路、固定無(wú)線(xiàn)接入和其他高性能應(yīng)用中的階和第二階前端低噪聲放大器電路中。

圖1基站結(jié)構(gòu)示意圖

1仿真設(shè)計(jì)

本文采用安捷倫公司的ATF54143設(shè)計(jì)低噪聲放大器,該低噪聲放大器主要指標(biāo)為:在810～850MHz范圍內(nèi)達(dá)到增益大于17dB,噪聲系數(shù)小于018,輸入回波損耗大于15dB,輸出回波損耗大于12dB,輸出三階交調(diào)系數(shù)大于27dBm。

1.1晶體管模型低噪聲放大器

通常會(huì)在源極加電感來(lái)增加穩(wěn)定性,穩(wěn)定性設(shè)計(jì)對(duì)于任何放大器都是必需的,沒(méi)有設(shè)計(jì)成穩(wěn)定的放大器不能應(yīng)用到產(chǎn)品中去的;影響低噪聲放大器穩(wěn)定性的因素有很多,其中源極電感是其中之一。

圖2是未加源極電感的FET晶體管的等效原理圖。

圖2未加源極電感的FET等效原理圖

由圖可知輸入等效阻抗的表達(dá)式為式(1):

圖3是加上源極電感的FET等效原理圖。

圖3添加源極電感的FET等效圖

從原理圖中可知輸入等效阻抗表達(dá)式(2)為:

加入源極電感不僅改善穩(wěn)定性,也能改善輸入輸出匹配與噪聲系數(shù),是設(shè)計(jì)低噪聲放大器非常重要的方法。

1.2電路原理圖

根據(jù)原理圖,利用ADS對(duì)電路進(jìn)行S參數(shù)仿真,為了提高仿真的準(zhǔn)確性,電路元器件都采用了廠(chǎng)商提供的等效模型,同時(shí)將Rogers的板材特性參數(shù)代入微帶線(xiàn)模型中。圖4是用于ADS的仿真原理圖。

圖4仿真原理圖

通過(guò)ADS仿真及的實(shí)際電路測(cè)試,我們發(fā)現(xiàn)該低噪聲放大器能夠較好的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。圖5是實(shí)際測(cè)試結(jié)果圖。圖中可以看出,實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果比較一致。

1.3仿真測(cè)量結(jié)果

根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求,利用安捷倫的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件仿真了工作頻段在810～850MHz范圍的低噪聲放大器,采用ROGES公司的高頻線(xiàn)路板,介電常數(shù)為3148,厚度為20mil;仿真結(jié)果如圖,從仿真2低噪聲放大器的調(diào)試結(jié)果按照仿真結(jié)果,制成了PCB樣板并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試S參數(shù)與噪聲測(cè)試見(jiàn)圖6。圖5是低噪聲放大器的實(shí)物圖。表2是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中可以看到,低噪聲放大器是穩(wěn)定的,且在帶內(nèi)增益達(dá)到1815dB以上,輸入回波損耗20dB以上,輸出回波損耗為15dB左右,噪聲系數(shù)維持在0185dB,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)并無(wú)太大差異,這也證明了仿真方法的正確性。結(jié)果可以看出低噪聲放大器的增益大于18dB,噪聲系數(shù)小于018,輸入回波損耗大于15dB,輸出回波損耗大于12dB。

表1仿真數(shù)據(jù)

2低噪聲放大器的調(diào)試結(jié)果

按照仿真結(jié)果,制成了PCB樣板并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試S參數(shù)與噪聲測(cè)試見(jiàn)圖6。圖5是低噪聲放大器的實(shí)物圖。表2是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中可以看到,低噪聲放大器是穩(wěn)定的,且在帶內(nèi)增益達(dá)到1815dB以上,輸入回波損耗20dB以上,輸出回波損耗為15dB左右,噪聲系數(shù)維持在0185dB,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)并無(wú)太大差異,這也證明了仿真方法的正確性。

表2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖5低噪聲放大器實(shí)物

圖6低噪聲放大器S參數(shù)測(cè)量圖

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看,低噪聲放大器的指標(biāo)已基本符合CDMA基站對(duì)級(jí)放大器的要求,考慮到實(shí)際應(yīng)用中電子產(chǎn)品的特性會(huì)隨環(huán)境溫度變化而變化,因此對(duì)低噪聲放大器進(jìn)行溫度特性測(cè)試是下一步工作,也是設(shè)計(jì)產(chǎn)品不可缺少的一環(huán)。

3結(jié)束語(yǔ)

低噪聲放大器是基站接收機(jī)中的關(guān)鍵器件之一;本文采用安捷倫公司的先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)與ATF54143,通過(guò)對(duì)噪聲系數(shù)與輸入回波損耗的折中設(shè)計(jì),進(jìn)行共軛匹配,成功設(shè)計(jì)出低噪聲放大器。

其工作頻段的性能參數(shù)為:噪聲系數(shù)為01