中心議題：

• 低噪聲放大電路總體設計方案
• 無線傳輸係統中低噪聲放大電路的測試結果

解決方案：

• 采用低噪聲功率放大器RF2361
• 使用EDA軟件Ansoft designer中的電路優化工具

1 引言

近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)衝(chong)擊(ji)波(bo)存(cun)儲(chu)測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)，無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)技(ji)術(shu)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)衝(chong)擊(ji)波(bo)存(cun)儲(chu)測(ce)試(shi)領(ling)域(yu)。針(zhen)對(dui)衝(chong)擊(ji)波(bo)測(ce)試(shi)對(dui)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)通(tong)信(xin)距(ju)離(li)的(de)要(yao)求(qiu)
，研(yan)究(jiu)了(le)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)
，設(she)計(ji)出(chu)低(di)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)的(de)接(jie)收(shou)靈(ling)敏(min)度(du)，滿(man)足(zu)衝(chong)擊(ji)波(bo)測(ce)試(shi)對(dui)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)的(de)要(yao)求(qiu)。　　

2 低噪聲放大電路總體設計方案　　

圖1為無線傳輸係統原理框圖。接收端的功率放大電路模塊由於信道具有衰減特性
，經遠距離傳輸到達接收端的射頻信號電平多是μV數量級，因此需放大微弱的射頻信號。同時

，信道中還存許多幹擾信號，即噪聲，所以該係統設計應采用低噪聲的射頻功率放大電路。　　

2．1 低噪聲功率放大電路　　

dizaoshenggonglvfangdadianludehexinqijianshidizaoshenggonglvfangdaqi，youyumuqianshichangshangdedizaoshenggonglvfangdaqixingjiabigao
，yincigaidizaoshenggonglvfangdadianluwuxushejidizaoshenggonglvfangdaqi，erzaiyuqiwaiweidianlujizukangpipei。genjushejiyaoqiu，suoxuandedizaoshenggonglvfangdaqiyingmanzu：工作頻段應覆蓋無線收發器的工作頻率433 MHz；工作電壓為3～3.3 V；高增益；低損耗；小噪聲係數。　　

以下為射頻功率放大器的主要技術參數。　　

(1)工作頻率範圍(F)低噪聲功率放大器滿足各項指標的工作頻率範圍。要保證各項指標以及放大器的實際工作頻率應盡可能在所指定的工作頻率範圍內。　　

(2)功率增益(G)是指在輸入輸出端口相匹配下，輸出功率和輸入功率的比值。設計過程中要求功率增益越大越好。　　

(3)噪聲係數(NF) 噪聲係數常作為接收端的小信號低噪聲放大器的主要技術指標
，該電路設計要求噪聲係數越小越好。　　

(4)1分貝壓縮點輸出功率(P1dB)在(zai)放(fang)大(da)器(qi)線(xian)性(xing)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)內(nei)，其(qi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)隨(sui)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)線(xian)性(xing)增(zeng)加(jia)。隨(sui)著(zhe)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)的(de)繼(ji)續(xu)增(zeng)大(da)，放(fang)大(da)器(qi)進(jin)入(ru)非(fei)線(xian)性(xing)區(qu)，其(qi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)不(bu)再(zai)隨(sui)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)的(de)增(zeng)大(da)而(er)線(xian)性(xing)增(zeng)大(da)。通(tong)常(chang)把(ba)增(zeng)益(yi)下(xia)降(jiang)到(dao)比(bi)線(xian)性(xing)增(zeng)益(yi)低(di)1 dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點
，用P1dB表示。動態範圍越大越好。　　

(5)三階截斷點(IP3) 三階截斷點是衡量功率放大器線性度的重要指標，工程上常用三階截斷點表征互調畸變。　　

(6)輸入、輸出駐波比(VSWR)VSWR反映放大電路輸入和輸出端口的阻抗失配情況
，因此低噪聲放大器的VSWR應滿足：VSWR越小，反射越小，匹配越好，傳輸效率越高。　　

(7)回波損耗(Reverse Losation)它(ta)是(shi)信(xin)號(hao)反(fan)射(she)性(xing)能(neng)的(de)參(can)數(shu)。回(hui)波(bo)損(sun)耗(hao)說(shuo)明(ming)入(ru)射(she)功(gong)率(lv)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)被(bei)反(fan)射(she)回(hui)到(dao)信(xin)號(hao)源(yuan)。通(tong)常(chang)要(yao)求(qiu)反(fan)射(she)功(gong)率(lv)盡(jin)可(ke)能(neng)的(de)小(xiao)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)有(you)更(geng)多(duo)的(de)功(gong)率(lv)傳(chuan)送(song)至(zhi)負(fu)載(zai)。　　

2．2 低噪聲功率放大器選型　　

根據係統設計要求，以及多種同類器件比較
，RFMD公司的RF2361具有高性能、低噪聲、高增益
、高動態範圍，可接收10 dB的輸入信號，具有工作等待模式的特點
，故選用RF2361作為LNA主器件。　　
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圖2為RF2361的引腳排列
，其中：RF IN為低噪聲功率放大器輸入，需通過一阻抗匹配網絡達到50Ω阻抗匹配：RF0UT為低噪聲功率放大器輸出
，也需通過一阻抗匹配網絡達到50Ω阻抗匹配；同時電源VCC給整個電路提供工作電壓。VPD用於控製偏置電流，與偏置電阻R1共同確定偏置電流。GND1、GND2為接地。

　　
2．3 低噪聲功率放大電路原理　　

以低噪聲功率放大器RF2361為核心設計的低噪聲功率放大電路，如圖3所示，其VPD引腳上的並聯電容器實現電源VPD的濾波
，RFOUT引腳上的電感電容串並聯網絡可對電源VCC濾波。　　

2．4 放大電路阻抗匹配網絡　　

典型的放大器一般包括輸入匹配網絡、晶體管放大電路
、阻抗變換網絡、直流偏置和輸出阻抗匹配網絡，如圖4所示。確定阻抗匹配網絡中元件的參數
、類(lei)型(xing)以(yi)及(ji)連(lian)接(jie)關(guan)係(xi)是(shi)實(shi)現(xian)匹(pi)配(pei)網(wang)絡(luo)的(de)關(guan)鍵(jian)。阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)是(shi)射(she)頻(pin)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)重(zhong)要(yao)問(wen)題(ti)，其(qi)目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了(le)實(shi)現(xian)能(neng)量(liang)的(de)最(zui)大(da)功(gong)率(lv)傳(chuan)輸(shu)，提(ti)高(gao)能(neng)量(liang)的(de)傳(chuan)輸(shu)效(xiao)率(lv)。　　

阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)是(shi)指(zhi)在(zai)能(neng)量(liang)傳(chuan)輸(shu)時(shi)，要(yao)求(qiu)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)和(he)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)特(te)征(zheng)阻(zu)抗(kang)相(xiang)等(deng)，此(ci)時(shi)傳(chuan)輸(shu)的(de)能(neng)量(liang)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)反(fan)射(she)，幾(ji)乎(hu)都(dou)被(bei)負(fu)載(zai)吸(xi)收(shou)。反(fan)之(zhi)，如(ru)果(guo)阻(zu)抗(kang)失(shi)配(pei)，那(na)麼(me)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)就(jiu)會(hui)有(you)能(neng)量(liang)損(sun)耗(hao)。對(dui)於(yu)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)
，低(di)頻(pin)率(lv)時(shi)，電(dian)阻(zu)起(qi)主(zhu)要(yao)阻(zu)礙(ai)作(zuo)用(yong)
，而(er)在(zai)高(gao)頻(pin)時(shi)，電(dian)容(rong)和(he)電(dian)感(gan)起(qi)阻(zu)礙(ai)作(zuo)用(yong)也(ye)明(ming)顯(xian)。因(yin)此(ci)
，在(zai)高(gao)頻(pin)時(shi)
，就(jiu)要(yao)考(kao)慮(lv)電(dian)路(lu)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)問(wen)題(ti)。　　

阻抗匹配電路的基本要求為：將負載阻抗變換為與功放要求相匹配的負載阻抗
，以保證傳輸最大能量：濾除多餘的各次諧波分量，以保證負載能獲得所需頻率的射頻功率：匹配電路的功率傳輸效率要盡可能高，即匹配電路的損耗要小。而阻抗匹配有2種方式：改變阻抗力和調整傳輸線。其中，改變阻抗力：是把電容或電感與負載串聯起來，即增加或減少負載的阻抗值。　　

3 測試結果　　

采用最優性能的RF2361為核心設計的低噪聲功率放大電路，使用EDA軟件Ansoft designer中的電路優化工具來對射頻電路優化分析和仿真，優化低噪聲放大電路的技術參數

，其電路仿真結果表明：整個功率放大電路已達到50Ω阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)要(yao)求(qiu)，其(qi)網(wang)絡(luo)性(xing)能(neng)得(de)到(dao)優(you)化(hua)
，解(jie)決(jue)了(le)射(she)頻(pin)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong)電(dian)路(lu)匹(pi)配(pei)問(wen)題(ti)。經(jing)過(guo)矢(shi)量(liang)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)測(ce)量(liang)，優(you)化(hua)的(de)電(dian)路(lu)參(can)數(shu)比(bi)以(yi)前(qian)有(you)較(jiao)大(da)改(gai)進(jin)，並(bing)大(da)大(da)簡(jian)化(hua)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)。　　

4 結語　　

提出射頻功率放大電路的總體設計方案，以低噪聲功率放大器為核心，設計了低噪聲功率放大電路。采用軟件匹配方法．解(jie)決(jue)了(le)射(she)頻(pin)低(di)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)問(wen)題(ti)，使(shi)得(de)低(di)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)的(de)各(ge)項(xiang)重(zhong)要(yao)參(can)數(shu)都(dou)得(de)到(dao)了(le)優(you)化(hua)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)選(xuan)擇(ze)最(zui)優(you)的(de)低(di)噪(zao)聲(sheng)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)
，有(you)利(li)於(yu)增(zeng)加(jia)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)的(de)通(tong)信(xin)距(ju)離(li)。