高性能宽带低噪声放大器的研制

文章摘要： 摘要：以薄膜混合集成电路为基础，采用AL2O3精细陶瓷做衬底和国际上较先进的共晶工艺，运用宽带内补偿网络和负反馈并用的设计方法，结合理论计算和仿真技术，实现了高指标C波段宽带低噪声放大器的设计，测试结果验证了设计的正确性，为高性能宽带低噪声放大器研制提供了新的设计依据和理论基础。 关键词：宽带；低噪声；放大器；薄膜混合集成电路；共晶工艺 引言 在雷达射频接收系统中，对系统性能指标的要求越来越高，其中低噪声放大器是影响着整个接收系统的噪声指标的重要因素。与普通的放大器相比，低噪声放大器作用比较突出，一方面可以减少系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面可以放大系统

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    摘要：以薄膜混合集成电路为基础，采用AL2O3精细陶瓷做衬底和国际上较先进的共晶工艺，运用宽带内补偿网络和负反馈并用的设计方法，结合理论计算和仿真技术，实现了高指标C波段宽带低噪声放大器的设计，测试结果验证了设计的正确性，为高性能宽带低噪声放大器研制提供了新的设计依据和理论基础。
    关键词：宽带；低噪声；放大器；薄膜混合集成电路；共晶工艺

    引言
    在雷达射频接收系统中，对系统性能指标的要求越来越高，其中低噪声放大器是影响着整个接收系统的噪声指标的重要因素。与普通的放大器相比，低噪声放大器作用比较突出，一方面可以减少系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面可以放大系统的射频信号，保证系统正常工作。因此，低噪声放大器的性能制约着整个接收系统的性能，对整个接收系统性能的提高起了决定性的作用。因此，研制宽频带、高性能、更低噪声的放大器，已经成为微波技术中发展的核心之一。
    本文介绍的新型宽带低噪声放大器就是在当前工程技术发展需求的前提下，从放大器本身的特性出发，采用薄膜混合集成电路和先进的共晶微组装工艺，应用平衡式放大电路，精心研制而成的。

    1 电路设计
    1．1 电路原理
    设计要求整个低噪声放大器的噪声系数小于2 dB，增益在32 dB以上，根据单片放大器目前的增益，需要设计三级放大链路，设计框图如图1所示。

    要达到这种要求，输入匹配网络设计时必须按最小噪声系数匹配。实际上要得到最小噪声，输入网络往往都是失配的。但是由于指标要求驻波比要小于2，因此，输入网络首先要兼顾端口驻波比。对于级间匹配一，既要保证噪声要低，后级对前级的噪声贡献要低，又要保证较高的增益，其次还要兼顾两级放大器管芯间驻波比情况。对于级间匹配二，则要求保持较高的增益以及合理的增益平坦度。对于输出匹配网络，除了要保证输出功率外，还要保证整个带内的增益平坦度，以及良好的输出驻波比。
    1．2 偏置电路形式
    本文采用共源极接法，自偏置电路形式，单电源供电，其结构如图2所示。此处偏置网络是一个电阻电源。其优点是能够提供自动瞬时保护功能，而且，单电源供电方便。但是，电阻电源同时也会使噪声性能恶化，而且电源的旁路电容会产生低频振荡，因此，在匹配直流电路时，需要优化设计采用合适的偏置电阻，使噪声性能恶化最小。

    1．3 平衡电桥设计
    1．3．1 耦合器设计原理
    由于采用了平衡式电路，所以，首先需要设计3 dB定向耦合器。在此选用交指线耦合器。交指线耦合器是一种多导体耦合器，其优点是：体积小；与双耦合线器件比较，它的线间距离较大，容易实现；与分支线耦合比较，它带宽宽。关于这种3 dB交指线耦合器在目前尚没有精确的设计方法。一般情况下，其耦合度按以下的三个设计方程来计算，电路的作用就是完成这种阻抗转换的。
   
    根据以上的方程，只要知道了Zoo和Zoe，查表便可以求出物理尺寸之比，再经过仿真进行优化设计。

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