本文介绍了一种L波段单级高线性低噪声放大器的作业原理和规划办法。与传统的接纳机射频前端放大器首要考虑低噪声和高增益特性不同，文中选用了低成本、低功耗的SiGe NPN BJT器材规划高三阶交截点的低噪声放大器。规划中运用了微波CAD东西对电路进行仿真与优化，一起对生成的微带印刷电路板进行了电磁仿真。
跟着无线通信作业的不断发展，人们对无线体系的射频接纳机提出了越来越高的要求，比方低功耗、低噪声、大动态规模、高灵敏度和高线性度等。因而，处于接纳机最前端的放大器关于进步体系功能起到了关键作用。传统的研讨首要会集在怎么取得低噪声和高增益特性上，对接纳前端放大器高线性度问题的研讨常常被疏忽。
Ansoft公司的Designer软件包是集电路和电磁仿真于一体的强壮CAD东西。规划中，运用该软件对放大器的三阶互谐和噪声等功能进行仿真和优化，一起对生成的PCB进行了电磁仿真，得到了令人满意的规划成果。这种低成本、低功耗和高线性的LNA可广泛应用于PCS波段以及CDMA蜂窝移动手机中。
1 高线性低噪声放大器原理规划
1. 1 体系考虑与首要目标要求
在移动通信体系规划中，低噪声放大器处于接纳机的射频最前端，如图1所示。因而，体系的噪声功能和线性度首要取决于该前端放大器的噪声功能和线性特性。这儿规划的放大器首要技能目标：作业频率规模f =1950 MHz;增益G 》14dB;噪声系数Nf 1dB》+ 5 dBm;输出三阶交截点OIP3 》 + 24dBm输入输出回波损耗RLCEO）时，噪声系数会因为电压击穿而开端恶化。规划所选器材的最小击穿电压为2.3V，因而，在归纳考虑各种特定目标要求的状况下挑选C-E极间偏置电压Vce=2.0V和集电极偏置电流Ic=8 mA。
电阻R3将电源电压由3V降低到2.1V， R2给晶体管的基极供给电压偏置， R1起到改进放大器安稳度的作用。图2所示偏置电路简略有用，并供给恰当数量的负反应用于补偿因为器材的离散性和整个宽温（ -40℃～+85℃）作业规模内直流增益β的改动。其反应原理是：假设温度改动或器材离散性使直流增益β发生改动而导致器材电流添加，则电阻R3压降会添加，这样基极电压VB会削减，然后器材电流减小，因而供给了直流负反应，使器材的静态作业点安稳。
1. 3 安稳性的改进
S参数描绘的线性二端口器材肯定安稳充沛必要条件是： （a） K》1; （ b） | Δ | 1=10Ω以及与发射极并联的电感L3，改进了LNA的安稳因子K，使之大于1，特别是在800MHz～1200MHz频率规模。C5=10pF作为旁路电容，在低频时的影响比在2GHz时的小，因而在低频段，LNA输出端负载电阻R1=10Ω起到了改进安稳性的作用。
1. 4 输入输出匹配电路规划
因为器材的S12≠0，所以由L2、C2组成的输出匹配电路和串接在发射极的电感有利于改进输入回波损耗和噪声匹配，因而能够消除由器材输入端的射频元件带来的晦气影响。输入匹配电路由10pF的隔直电容C1和在基极供给电流偏置的电感L1组成，因而避免了运用调谐元件对电路进行烦琐的优化规划，以到达对输入回波损耗和噪声系数的平衡。
1. 5 噪声系数的改进
所选器材在放大器正常作业频率规模内具有杰出的噪声功能，可与价格昂贵的PHEMT和GaAsMESFET器材相媲美。在2GHz左右，最小噪声系数的偏置电流大约是5mA。但是，要得到+25dBm的OIP3，所需最小电流大约是8mA。考虑到偏置电流对噪声系数的影响，在规划中有必要对噪声系数和三阶交截点进行折衷考虑。别的，在发射极串接电感L3改进了放大器的线性度但一起也带来噪声功能的恶化，其恶化程度如图5所示。因而，规划中也要对串接电感L3进行优化，以平衡放大器的三阶交截点和噪声系数。
1. 6 高三阶交截点的规划
两种技能能够完结OIP3 》 +25dBm的规划要求，即在发射极串接电感以及添加在B-E结的电荷储量。
（1）发射极串接电感
在发射极串接电感，能够改进放大器的安稳度和线性度，但一起也影响器材的输入输出匹配和噪声匹配。考虑到实践射频放大器电路尺度很小，外接电抗元件难于完结，因而规划中选用二节并联的微带线接地（如图6所示）作为反应元件以等效电路所需的电感量，然后改进了放大器的三阶交截点，当然这样也会减小放大器的增益以及引起噪声功能在必定程度上的恶化。优化规划标明：为了使放大器的OIP3进步约4.5dBm，增益却减小了约3.5dB．
（2）添加B-E结电荷贮存
在双音测验中，输入两个等幅、频率分别为f1和f2的正弦信号，差频1MHz。因而，器材非线性二阶互调产品f2 – f1以1MHz的速率调制B-E结和C-E结的电压。而发射极电流是B-E结电压的指数函数，即Ie≈Iese（qVBE/KT），所以低频互调产品f2-f1出现在器材的终端将会以f2 – f1的速率改动晶体管的作业点，这样反过来也影响了失真产品的电平。所以，如果在B-E结间添加一个相对大的电容，则能够旁路掉这个低频产品f2-f1， 那么B-E结的电压动摇将会削减，因而削减了三阶互调产品。在图2中， C3=0.1μF起到了旁路低频互调产品f2-f1的作用。同理， C6= 0.1μF也是用于旁路低频互调产品f2-f1的，但作用不如在基极改进显着。
规划中选用集总电感进行基极偏置并把直流偏置网络与射频信号分隔，而不必高阻抗微带线完结，这样在低频端晶体管B-E结电荷贮存与终端之间取得低阻抗，使偏置回路与射频回路取得更好的分隔作用。电感L1=15nH在几十兆赫兹频段发生的阻抗可疏忽，但在1950 MHz却能取得足够大阻抗，使LNA在正常作业频率规模内把晶体管基极与偏置网络分隔。
2 印刷电路板的电磁仿真
通过上一节对放大器的剖析和优化规划，将终究得到的电路制造在FR4（εr=4.5， h=0.8 mm）基片上。
考虑到实践制造的PCB可能与原理规划的状况不完全共同，因而为了进一步了解电路功能，也为了更好地调试实践电路，有必要对放大器PCB进行电磁仿真。Designer东西中的电磁仿真模块能够完结对电路PCB的电磁仿真。首要，在AutoCAD绘图东西中创立LNA的Layout印刷电路布线图。考虑到DC偏置网络和射频扼流电感已将偏置电路与射频信号较好地分离隔，实践操作时将针对放大器的AC等效电路进行电磁建模，如图10所示;其次，是界说介质基片资料的各种特性参数（有必要与电路仿真原理图中界说的基片资料共同） ;接着是从AutoCAD绘图东西中导入放大器的PCB电磁仿真模型;然后界说输入输出端口鼓励和器材的S参数模型;在这些作业完结之后，就能够对上述模型进行仿真设置并运转仿真;最终是对成果进行剖析和处理。
3 结 语
选用功能优秀的SiGe NPN BJT器材，运用仿真东西规划并完结了低成本、低功耗和高线性的单级LNA。测验成果：放大器输出三阶交调点+ 25 dBm、噪声系数1.0dB、输出1dB紧缩点+ 5.5dBm和增益14.5dB以及输入输出回波损耗均优于10 dB。因而，到达了规划目标要求。
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