基于HP41511的微波低噪声放大器的设计

　　0 引言

　　随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高。功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的普遍追求，而这也同时对系统的接收灵敏度提出了更高的要求。

　　1 微波低噪声放大器的作用

　　一般情况下，一个接收系统的接收灵敏度可由以下计算公式来表示：

　　由上式可见，在各种特定(带宽BW、解调S/N已定)的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机噪声系数的关键部件则是处于接收机最前端的低噪声放大器。

　　图1所示是接收机射频前端的原理框图。由图1可见，低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以，低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。

　　2 微波低噪声放大器的主要技术指标

　　2.1 噪声系数

　　噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即：

　　对单级放大器而言，其噪声系数的计算为：

　　其中Fmin为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的，Γopt、Rn和Γs分别为获得Fmin时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻以及晶体管输入端的源反射系数。

　　对多级放大器。其噪声系数的计算应为：

　　其中NFn为第n级放大器的噪声系数，Gn为第n级放大器的增益。

　　对噪声系数要求较高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，故常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为：

　　其中Te为放大器的噪声温度，T0=2900K，NF为放大器的噪声系数。

　　2.2 放大器增益

　　放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率之比：

　　G=Pout/Pin (7)

　　通常提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。所以，一般来说，低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。

　　2.3 反射系数

　　由式(3)可知，当Γs=Γopt时，放大器的噪声系数最小，NF=NFmin，但此时从功率传输的角度来看，输入端会失配，所以，放大器的功率增益会降低，但有些时候，为了获得最小噪声，适当的牺牲一些增益也是低噪声放大器设计中经常采用的一种办法。

　　另外，低噪声放大器的输入输出驻波比、动态范围、工作频率、工作带宽及带内增益平坦度等指标也很重要，设计时也需加以考虑。