摘要 规划并完成了一款掩盖GPS L1波段和斗极二代B1波段的低噪放模块。该模块中的低噪声扩大器运用分立元件建立，匹配电路调试灵敏，满意了模块对输入输出驻波的高要求。测验成果表明，低噪放模块增益为26 dB，带内增益平整，输入输出驻波1.5，噪声系数2 dB，带外抑准则80 dBc，输出1 dB紧缩点8dBm，满意了导航体系接收机前端对低噪放模块的要求。
全球定位体系(GPS)是20世纪70年代由美国陆、海、空3军联合研制的新一代空间卫星导航定位体系，其首要意图是为陆、海、空3大范畴供给实时、全天候和全球性的导航服务。斗极导航体系是我国自主研制、具有独立知识产权的全球卫星导航体系。依据全球卫星导航体系的定位原理及卫星信号特征，为完成接收机快速、接连、准确认位，多个卫星导航体系组合运用是未来开展的趋势。本文就GPS和斗极二代导航体系在接收机前端的组合运用进行了探究。
低噪放模块的首要功能是将天线所接收到的射频信号进行低噪声扩大，滤波后输出至接收机。本文规划完成了一款掩盖GPS L1波段(1 575.42±1.023 MHz)和斗极二代B1波段(1 561.098±2.046 MHz)的低噪放模块，其具有输入输出驻波小、增益高、噪声系数小、带外抑准则高、输出1 dB紧缩点高级长处，可用于导航体系的接收机前端。
1 概述
本方案的低噪放模块首要由带通滤波器、低噪声扩大器和衰减器等组成，整体框图如图1所示。
关于模块规划，低噪声扩大器一般选取集成芯片;在增益、噪声系数等目标上，单片低噪声扩大器比分立元件有较大优势。但因为本模块对输入输出驻波要求较高，而集成芯片的驻波难以调试，所以选用分立元件建立低噪声扩大器。榜首级带通滤波器选用介质滤波器。介质滤波器可滤除体系不需求的频段，也可接受较大的功率，可以用来维护低噪声扩大器免受大功率输入信号的焚毁。第二级和第三级带通滤波器选用声表面波滤波器，以进步模块的带外抑准则。衰减器用于调理模块的增益。
2 低噪声扩大器的规划
在射频微波晶体管扩大器的规划中，需侧重考虑的是电路的安稳性、功率增益、作业带宽、噪声和直流偏置。而关于低噪声扩大器，通常情况下规划的方针是最小的噪声系数。因为最小噪声系数和最大功率增益不能一起得到，所以需在噪声和增益之间做出折中考虑。
2.1 扩大器的安稳性
安稳性是射频扩大器规划需求考虑的重要因素，假定扩大器的输入或输出端口阻抗中有负实部，则该电路或许发生振动，所以有必要对扩大器进行安稳性查验。判别扩大器安稳性的办法有安稳性圆法，K-△法，单μ法。本文运用K-△法，详细断定公式为
其间，△=S11S22-S17S21。若K>1且△1，则扩大器是无条件安稳的;不然，扩大器就有或许发生振动。
2.2 低噪声目标的完成
噪声系数的根本界说是扩大器输入和输出信噪比的比值。噪声系数是低噪声扩大器的重要目标。关于单级扩大器而言，噪声系数可表示为
其间，Fmin是晶体管的最小噪声系数;Γopt是获取最小噪声系数Fmin的源反射系数;rn是归一化噪声电阻。这3个参数均为晶体管的噪声参数。Γs为实践扩大器的源反射系数;Fmin是晶体管作业电流和频率的函数，关于每个Fmin只要一个Γopt与之对应。
2.3 扩大器的1 dB紧缩点
1 dB紧缩点是表征扩大器线性度的一个量，扩大器有一个线性动态规模，在该规模内，扩大器的输出功率随输入功率线性添加。跟着输入功率的持续增大，扩大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的添加而线性添加，通常情况下，其输出功率低于小信号增益所估计的值。通常将增益下降到比线性增益低1 dB时的输出功率值界说为输出功率的1 dB紧缩点。而关于模块或体系，1dB紧缩点表征的是模块或体系的线性度。
2.4 低噪声扩大器的仿真
为规划一款用于GPS L1波段和斗极二代B1波段的低噪声扩大器，文中选用Avago公司的ATF54143晶体管，其增益高、噪声小。运用ADS(Advanced Design System)软件，并对扩大器的直流偏置电路进行规划，对扩大器的增益、噪声系数和驻波进行仿真优化。
规划时，源极串联电感作为负反馈，用于添加扩大器的安稳性和操控增益及增益平整度。因为电感值较小，因而运用一段短路微带线完成，这样做简略便利，且成本低、易于调试。在微波射频频段，%&&&&&%的寄生效应显着，所以仿真电路时，需考虑首要电路的焊盘散布参数、金属孔化、不接连节点和电感电容元件的寄生效应等。在确保增益和输入输出驻波的前提下，运用最小噪声匹配，使扩大器的噪声系数尽或许小。整个低噪声扩大器的仿真电路如图2所示。
扩大器的仿真成果如图3所示。由图3(a)可看出，在7 GHz以下，安稳系数K>1且△1，这说明在7 GHz以下，扩大器均无条件安稳;在L1波段(1 575.42±1.023 MHz)和B1波段(1 561.098±2.046 MHz)，扩大器的增益约为17 dB，噪声系数约为0.6 dB，输入驻波在1.2以下，输出驻波在1.4以下，满意低噪放模块中对低噪声扩大器的目标要求。从图3(b)可看出，单个低噪声扩大器的输入1 dB紧缩点为0 dBm，输出1 dB紧缩点为16.4 dBm。
3 模块规划
3.1 模块增益规划
在本方案中，为确保输入输出驻波的可调性，两级低噪声扩大器均运用晶体管建立，增益约为17 dB。两级扩大器共供给34 dB增益，3个滤波器的插损之和约为3 dB，故模块的增益可达约31 dB。模块的增益仍可由衰减器进行调整。
3.2 模块噪声规划
关于模块的噪声规划，需运用体系或模块的噪声系数级联公式
由噪声系数级联公式可知，在接收机中，榜首级滤波器和榜首级扩大器的噪声系数对模块或体系的影响较大，所以榜首级扩大器一般做最低噪声匹配。由图3可知，所规划的低噪声扩大器噪声系数约为0.6 dB。因为%&&&&&%电感的寄生电阻的影响和微带线及PCB板的电磁损耗，实践做出的扩大器噪声系数会恶化。假定实践做出的扩大器噪声系数和介质滤波器噪声系数均为0.8 dB，两级声表面波滤波器噪声系数分别为1.1 dB，榜首级衰减器2 dB，第二级衰减器4 dB，则依据体系级联噪声系数计算公式，整个模块总噪声系数为1.71 dB。
4 测验及成果剖析
将模块的滤波器、扩大器和衰减器安装完成后，终究测验成果如图4所示。
由图4(a)可看出，在1.559～1 576 MHz内，低噪放模块增益约为26 dB，带内纹波0.5 dB以内，输入输出驻波均在1.5以下;在1568± 50 MHz时，带外抑制为80 dBc。由图4(b)可看出，低噪放模块的噪声系数约为2.0 dB。
关于噪声系数，测验成果比较仿真成果高出0.3 dB，一方面或许是因为榜首级介质滤波器的插入损耗过大，另一方面或许是因实践制造的低噪声扩大器的匹配电路引入了过多的寄生损耗，导致扩大器噪声系数添加。
为确认低噪放模块的1 dB紧缩点，在中心频点1 568 MHz处，测得低噪放模块的输入输出功率，将数据用Origin软件作图如图5所示。由图5可知，低噪放模块的输出1 dB紧缩点约在8 dBm。
5 结束语
本文规划并完成了一款掩盖GPS L1波段和斗极二代B1波段的低噪放模块。该模块中的低噪声扩大器运用分立元件建立，便于对输入输出驻波进行灵敏调试。终究测验成果表明，低噪放模块增益为26 dB，带内增益平整，输入输出驻波比1.5，噪声系数2 dB，带外抑准则80 dBc，输出1 dB紧缩点8 dBm，满意导航体系接收机前端对低噪放模块的要求。
