摘要：针对低噪声放大器实际工程中噪声、线性和匹配等性能要求，通过使用射频电路cad 软件先进设计系统（ads）进行完整的分析，设计并实现了增益可调、噪声系数低、高线性度和可靠性高的低噪声放大器。

　　关键词：射频电路;先进设计系统;增益可调;低噪声放大器

　　低噪声放大器（low-noise amplifier，简称lna）是处于接收机最前端的关键部件，广泛应用于移动通信、雷达、电子对抗及遥控遥测系统。它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，提高接收信号灵敏度，以供系统解调出所需的信息数据，其噪声、线性和匹配等性能好坏直接影响到整个接收系统的性能，本文着重对实现增益可调和提高电路的线性度和稳定性、降低噪声系数及改善电路的输入/ 输出匹配特性的方法进行了分析研究。

　　目前，低噪声放大器的设计普遍采用cad 的方法进行仿真，相对而言，先进设计系统（ads）功能强大，简明直观，应用范围较广，本文使用ads软件，通过线性或非线性的操作模式对放大器电路进行模拟仿真。

　　在设计接收机时，应充分考虑它的容错性，一旦某器件出现故障，系统仍能正常工作，一般用冗余设计的方法来保证其高可靠性。

　　如图1 所示，当lna 出现故障时，旁路开关的切换可以使输入信号不经过lna 而直接输出，保证系统仍然能正常运行。本设计采用pin 开关二极管hsmp-4890 实现旁路控制，在lna 断电的情况下，信号旁路，且通过控制模块告警。再则，l n a 采用平衡结构，这样，能保证输入和输出50 ω阻抗匹配，并且比单级放大结构的截取点高3 db，这种冗余结构也增强了系统工作的可靠性，一旦一路坏掉以后，lna 仍能工作，只不过增益大概减小6 db。控制模块控制旁路开关通断，给lna 提供电源，并且通过控制输出端衰减达到调节增益的目的。

　　lna 设计的技术指标：工作频率825 mhz — 835 mhz；噪声系数<1.8 db；增益2 db—12 db，步进1 db；旁通时插入损耗≤ 2.5 db；输出三阶交调截取点oip3>20 dbm；输出1 db 压缩点p>10 dbm；回波损耗≥ 18 db；最大工作电流≤ 120 ma。

　　atf-54143 是一款高增益、宽动态范围、低噪声的e-phemt（增强模式伪形态高电子迁移率晶体管），只需要一个正的电压偏置，器件体积小，电路集成度高，特别适用于450 mhz — 6 ghz 频段的通信系统。而且根据器件性能，在漏电流ids为60 ma时能得到最高的三阶截取点（ip3）和最低噪声系数（nf），在漏电压vds为3 v 时，有较高的增益。同时选择xinger 1d1304-3，它是一款3db，90度混合耦合器，具有在800 mhz — 1200 mhz 频带内插入损耗小，高隔离度等优点，特别适用于平衡结构的lna设计。

　　考虑增益可调这部分，采用5 bit 数控衰减器hmc273（0.7 ghz — 3.7 ghz，1db —31 db 衰减范围），只要控制低4 bit的输入高低电平就能达到0 db— 15 db 衰减范围，满足了增益步进要求。

　　通常，在设计lna 时主要考虑低噪声系数（nf），足够的增益和绝对稳定性，但在实际应用中，高截取点、供电电压和低电流损耗也需要考虑。

　　首先，以atf-54143 的栅极电压v_ds 作为扫描参数对元件的静态工作点（漏极电流i_ds 和漏极电压v_ds）进行仿真。图2 和图3 分别为仿真图和电路原理图。再根据选定的v_ds（3 v），i_ds（60 ma），v_gs（0.56 v）, 用公式（1）（2）（3）计算各偏置电阻值。

　　式中，i_bb=2 ma 是设定流经r₁ 和r₂ 电阻分压网络的电流，v_dd=5 v 是供电电压，经计算得出各偏置电阻值：r₁=280 ω，r₂=1220 ω，网r₃=33 ω。

　　电路不稳定主要由3 个原因产生：晶体管内部的反馈回路，由外部电路产生的在晶体管外部的反馈支路，以及通带外的多余的增益。绝对稳定意味着对于任何源端和负载端的阻抗，电路都