超寬帶低噪聲放大器的設(shè)計(jì)驗(yàn)證

于春永

摘 要：無線通信技術(shù)是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，無線通信的頻率和帶寬要求越來越高，原有的窄帶寬通信技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今越來越龐大的通信數(shù)據(jù)的傳輸需求。為保障通信技術(shù)的需求，做好超寬帶低噪聲放大器的開發(fā)對(duì)于促進(jìn)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著極為重要的意義。在無線通信技術(shù)的應(yīng)用過程中來自于WLAN信號(hào)和UWB信號(hào)之前相互干擾將會(huì)對(duì)通信質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出一種具有頻帶選擇性的多諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，通過構(gòu)建一種具有頻帶選擇性的超寬帶低噪聲放大器以便最大限度地獲取高質(zhì)量的信號(hào)確保通信質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：低噪聲放大器；頻帶選擇；超寬帶

中圖分類號(hào)：TN722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

現(xiàn)今的無線通信正在向著高頻率、高帶寬的方向發(fā)展?，F(xiàn)今所使用的UWB系統(tǒng)中所使用的頻段會(huì)受到WLAN信號(hào)的干擾，由于UWB信號(hào)是一種微弱的信號(hào)，其頻譜密度極低，甚至于要低于一些噪聲。因此，UWB信號(hào)受到WLAN信號(hào)的影響要遠(yuǎn)大于其對(duì)WLAN所造成的影響微乎其微。在UWB信號(hào)和WLAN信號(hào)重疊使用的區(qū)域，UWB信號(hào)會(huì)在5GHz～6GHz的頻段內(nèi)被WLAN信號(hào)所覆蓋，為獲得良好的UWB信號(hào)需要在信號(hào)接收器端對(duì)WLAN信號(hào)進(jìn)行一定的屏蔽。本文通過采用實(shí)時(shí)放大與選擇的工作方式通過設(shè)計(jì)出一種具有頻帶自主選擇性的超寬帶放大器，使其能夠屏蔽來自授權(quán)頻帶信號(hào)干擾的同時(shí)對(duì)UWB信號(hào)的下逾帶和上邊帶進(jìn)行放大，以便更好地獲得無線信號(hào)。

1.超寬帶低噪聲放大器的電路設(shè)計(jì)

超寬帶低噪聲放大器的電路設(shè)計(jì)分為：具有選擇性的多諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、低噪聲放大器兩個(gè)主要的方面。

1.1 具有頻帶選擇性的多諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)

通過電路中對(duì)于諧振特性的研究表明，在低噪聲放大器的電路中通過選用具有頻帶選擇功能的多諧振負(fù)載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既能夠?qū)LAN信號(hào)的干擾進(jìn)行良好的屏蔽，同時(shí)還能夠使得UWB的信號(hào)具有較強(qiáng)的通過性。根據(jù)相關(guān)資料顯示，圖1中分別對(duì)3種不同形式的多諧振網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了展示，（a）型結(jié)構(gòu)中通過構(gòu)建兩電容和兩電感分別并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式使得此電路結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶上的選擇特性。（b）型結(jié)構(gòu)采用的是電容的雙串聯(lián)、雙并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，通過引入調(diào)諧電容作為低噪聲放大器中的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化元件有效地提升了低噪聲放大器的頻帶選擇性。（c）型結(jié)構(gòu)則是本文所討論的超寬帶低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)，通過在電路結(jié)構(gòu)中加入調(diào)諧電容所采用的雙串聯(lián)雙并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式在提升頻帶選擇性的同時(shí)也使得電路對(duì)于WLAN信號(hào)的屏蔽性大為加強(qiáng)。采用（c）型結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)通過頻率從低到高持續(xù)增加時(shí)，由于受到電感扼流的作用將會(huì)使得多諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的阻抗值是持續(xù)增加的，通過相關(guān)的研究表明，多諧振負(fù)載阻抗的分子、分母項(xiàng)分別由角頻率的偶次項(xiàng)和奇次諧波分量所構(gòu)成。通過研究測(cè)算，多諧振部分的工作頻段分布在吉赫茲頻段，在多諧振電路工作的過程中需要將電路中的電感和電容的量級(jí)控制在納亨級(jí)和皮法級(jí)。

1.2 超寬帶低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)部分

超寬帶低噪聲放大器是UWB接收機(jī)中極為重要的組成部分之一，為獲得良好的WLAN信號(hào)的屏蔽和UWB信號(hào)的獲取，其在設(shè)計(jì)時(shí)需要確保在很寬的頻帶范圍里提供盡量大的增益和將噪聲降至最低。因此，在超寬帶低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)部分中需要選用合理的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在超寬帶低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用電感源極負(fù)反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)，并采用電流復(fù)用的電路結(jié)構(gòu)，從而完成對(duì)于超寬帶低噪聲放大器電路的構(gòu)建，完成構(gòu)建的超寬帶低噪聲放大器如圖2所示，通過在M1源極部分引入串聯(lián)電感，通過電感的隔離作用從而使得整個(gè)超寬帶低噪聲放大器電路系統(tǒng)中幾乎不產(chǎn)生噪聲。在工作頻率內(nèi)，加載在M1柵極上的電感與MOS管的等效電路中的輸入回路中的電容形成諧振用以實(shí)現(xiàn)與輸入阻抗的匹配。在超寬帶低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)中采用的兩個(gè)晶體管M1和M2將被置于同一偏置電路中，從而使得超寬帶低噪聲放大器中對(duì)于電流的功耗將下降一半。在超寬帶低噪聲放大器的工作中，高頻信號(hào)首先從超寬帶低噪聲放大器中晶體管M1的柵極流入，通過M1后從晶體管M1的漏極流出時(shí)將分內(nèi)從電容流入晶體管M2最后再從晶體管M2的漏流出.超寬帶低噪聲放大器中的另外一路的高頻信號(hào)則串聯(lián)電感和電容與地連接。

2.超寬帶低噪聲放大器的仿真測(cè)試

通過對(duì)超寬帶低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，通過仿真分析表明在超寬低噪聲放大器中選用多諧振負(fù)載選頻網(wǎng)結(jié)構(gòu)后，UWB信號(hào)與WLAN信號(hào)相頻差在5.5GHz處達(dá)到最大，能夠達(dá)到89.725°，所采用的多諧振網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠使得UWB信號(hào)與WLAN的干擾信號(hào)產(chǎn)生正交化，從而更好地對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行篩選，以便將干擾、噪聲信號(hào)的影響降至最低。

結(jié)語

通過研究測(cè)算，在超寬帶低噪聲放大器的設(shè)計(jì)過程中通過引入多諧振負(fù)載選頻網(wǎng)絡(luò)以及引入電感源極負(fù)反饋的放大電路結(jié)構(gòu)從而使得放大電路在噪聲和功率傳輸下獲得良好的性能。

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