【高頻小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)探究3500字（論文）】

高頻小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)研究目錄TOC\o"1-2"\h\u10051高頻小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)研究 118009摘要 110675引言 124448一、微波小信號(hào)放大器簡(jiǎn)介 231100（一）微波小信號(hào)放大器的指標(biāo) 210384（二）微波小信號(hào)放大器的理論 222183二、微波小信號(hào)放大器的實(shí)現(xiàn) 417180（一）微波小信號(hào)放大器電路的實(shí)現(xiàn) 424450（二）微波小信號(hào)放大器驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn) 421295（三）微波小信號(hào)放大器結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn) 44861三、微波小信號(hào)放大器組件的調(diào)試 425284（一）干擾的抑制 526309（二）自激振蕩的消除 524050四、結(jié)束語(yǔ) 55966參考文獻(xiàn) 6摘要隨著現(xiàn)代小信號(hào)無(wú)線通信的發(fā)展，微波小信號(hào)放大組件在通信系統(tǒng)中的重要性越來(lái)越高，已經(jīng)成為系統(tǒng)中的核心部分。通信系統(tǒng)的性能主要取決于微波組件的參數(shù)好壞。微波小信號(hào)放大組件集成了系統(tǒng)中需要的一些主要功能電路，比如上下變頻、小信號(hào)放大、濾波、功率分配或耦合、開關(guān)、移相等等。同時(shí)，微波組件的集成度高、體積小，能夠很好的滿足現(xiàn)代通信小型化的需求。針對(duì)在某科研項(xiàng)目中，存在的多功能微波小信號(hào)放大的需求，本文完成了一個(gè)小信號(hào)放大組件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的工作。本文分析了各種小信號(hào)放大技術(shù)、微帶開關(guān)、功率分配和幅度均衡技術(shù)，設(shè)計(jì)了合理的微波小信號(hào)放大組件實(shí)現(xiàn)方案。采用優(yōu)良的微波單片集成電路（MMIC）芯片，使用混合集成電路加工技術(shù)，成功研制了一種微波小信號(hào)放大組件。關(guān)鍵詞：小信號(hào)波；放大器；單片集成電路引言隨著無(wú)線通信和軍事領(lǐng)域新標(biāo)準(zhǔn)新技術(shù)的不斷發(fā)展，就要求微波通信系統(tǒng)向小信號(hào)化、低噪聲、小型化、自動(dòng)化、集成化以及更高的工作頻段發(fā)展。而放大器組件是通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，因此系統(tǒng)整體對(duì)放大器組件的工作帶寬、指標(biāo)性能、體積、重量、可靠性等都提出了更高要求。低噪聲的放大器組件在所有的通信系統(tǒng)中，都是處于接收機(jī)前端的位置，在通信接收系統(tǒng)中起著非常重要的作用。寬頻帶的低噪聲放大器，在現(xiàn)在的通信系統(tǒng)中，可以接收和放大更多的信息量，具有更高的兼容性。小信號(hào)放大器是射頻有源電路的重要組成部分，在小信號(hào)的通信系統(tǒng)中起著重要的地位和作用，它的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，比如在雷達(dá)、導(dǎo)航、衛(wèi)星地面站等通信系統(tǒng)。一、微波小信號(hào)放大器簡(jiǎn)介（一）微波小信號(hào)放大器的指標(biāo)微波放大器主要包括低噪聲放大器（LNA）、小信號(hào)放大器和功率（PA）放大器等類型。描述放大器性能的指標(biāo)很多，如功率增益、通頻帶、輸出功率、1dB壓縮點(diǎn)、三階截點(diǎn)、輸入駐波比、輸出駐波比、工作電壓、工作電流等指標(biāo)，本節(jié)將對(duì)放大器的一些重要特性參數(shù)作簡(jiǎn)要描述，放大器輸出功率與互調(diào)分量隨輸入功率變化曲線如圖2-3所示。圖2-3放大器輸出功率與互調(diào)分量隨輸入功率變化曲線（二）微波小信號(hào)放大器的理論1、平衡式結(jié)構(gòu)平衡式結(jié)構(gòu)由放大器和3dB電橋組成，其工作原理如圖2-5所示，平衡式結(jié)構(gòu)的放大器工作頻帶可以拓寬為一個(gè)倍頻程。根據(jù)其電路原理圖可知，平衡式結(jié)構(gòu)放大器的輸入輸出均3dB電橋，可以得到較好的駐波系數(shù)。同時(shí)，由于是雙管合成電路，輸出最大功率增加3dB。而且當(dāng)其中一個(gè)管子損壞時(shí)，另一個(gè)管子仍能正常工作，可以保證電路的基本功能正常，只是增益降低。電橋的尺寸以及增加的一個(gè)放大器的尺寸會(huì)導(dǎo)致總的電路尺寸比較大。不過，電路單元的尺寸本身就很小，這一點(diǎn)影響不大。圖2-5平衡式放大器原理圖2、反饋式結(jié)構(gòu)負(fù)反饋電路是加寬放大器帶寬的有效措施。負(fù)反饋一詞意味著晶體管的輸出信號(hào)被耦合回到輸入口并與輸入信號(hào)反向疊加，利用反饋信號(hào)抵消部分輸入信號(hào)，使輸入信號(hào)減小，而通過反饋網(wǎng)絡(luò)的相位調(diào)節(jié)也可以使反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相疊加，使信號(hào)加強(qiáng)，從而得到正反饋。反饋式結(jié)構(gòu)的工作原理如圖2-6所示。其優(yōu)點(diǎn)是帶內(nèi)波動(dòng)、駐波比較好，同時(shí)，可提高放大器的穩(wěn)定性。不過，缺點(diǎn)是由于反饋網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的損耗，噪聲系數(shù)會(huì)因此惡化。圖2-6反饋式放大器原理圖3、有損匹配式結(jié)構(gòu)有損匹配電路是另一種加寬頻帶的有效措施，它的原理是通過對(duì)高增益的低頻端增加阻性損耗，使增益壓低。有損匹配式結(jié)構(gòu)的工作原理如圖2-7所示，這種匹配電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，但是增加的損耗很大，直接導(dǎo)致鏈路噪聲系數(shù)增加。所以不能用在第一級(jí)低噪聲放大器的前面，而應(yīng)在后級(jí)放大器電路上采用，以減少對(duì)系統(tǒng)噪聲的影響。因此，這種方法只用于對(duì)放大器噪聲要求不高而頻帶低端很低的小信號(hào)放大器設(shè)計(jì)。圖2-7有損匹配式結(jié)構(gòu)圖二、微波小信號(hào)放大器的實(shí)現(xiàn)（一）微波小信號(hào)放大器電路的實(shí)現(xiàn)放大器組件往往采用多個(gè)放大級(jí)級(jí)聯(lián)的形式，直流饋電線一般需在工作頻率和低頻頻率上同時(shí)提供旁路濾波性能，有效地阻止微波能量漏入直流饋電線中。要確定多級(jí)放大器的級(jí)間聯(lián)接方式。多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，增益起伏指標(biāo)可能變壞，級(jí)聯(lián)之后可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。級(jí)聯(lián)的穩(wěn)定性還與放大器的電路類型有關(guān)。根據(jù)前面設(shè)計(jì)仿真的結(jié)果，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。放大器的電路相對(duì)簡(jiǎn)單，只需將裸芯片燒結(jié)在載板上即可完成。（二）微波小信號(hào)放大器驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路部分和電源合在一起。按照設(shè)計(jì)思路，電源部分優(yōu)選小封裝穩(wěn)壓芯片。驅(qū)動(dòng)部分則選則華虹的驅(qū)動(dòng)芯片，按照典型應(yīng)用電路，進(jìn)行PCB布局設(shè)計(jì)。布局時(shí)需在結(jié)構(gòu)上和射頻電路部分進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)。將射頻部分的電路在CAD中進(jìn)行鏡像處理后，即可作為驅(qū)動(dòng)板的布局參考。針對(duì)需要提供偏置和驅(qū)動(dòng)的位置，則在驅(qū)動(dòng)板上確定對(duì)應(yīng)確定焊盤點(diǎn)。（三）微波小信號(hào)放大器結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)腔體的設(shè)計(jì)主要考慮的是電磁屏蔽、密封盒防腐蝕等，本產(chǎn)品腔體采用的是鍍金的可伐腔體，用當(dāng)前國(guó)際流行的平行密封焊方式，對(duì)器件進(jìn)行優(yōu)良的氣密性封裝，有效的保護(hù)器件免受外界環(huán)境的影響。另外，我們知道在裝有微帶電路的腔體中，其最低階的TE10模若不抑制將嚴(yán)重限制微帶電路的工作上線頻率，因此在腔體設(shè)計(jì)中，合理選擇腔體的高度、寬度以避免TE10波導(dǎo)模在工作頻帶內(nèi)出現(xiàn)，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。三、微波小信號(hào)放大器組件的調(diào)試（一）干擾的抑制因?yàn)榉糯笃鞯脑鲆娓撸绻娐分械牟季€不合理，容易產(chǎn)生小的干擾電平，經(jīng)過放大后，就會(huì)變成很大的電平，形成干擾信號(hào)。這種情況下，輸入端不加射頻信號(hào)，也能在輸出測(cè)到噪聲或者干擾電壓。對(duì)此，可以采取以下一些辦法來(lái)進(jìn)行抑制:1、盡量選用低噪聲放大器，降低系統(tǒng)的噪聲；2、合理的布局布線。電路的布局要合理，信號(hào)的走線清晰，減少迂回或繞彎形式。好的布局應(yīng)該是讓人一眼就可以清楚的識(shí)別各個(gè)部分的功能劃分，并具有整潔的排版。不同的信號(hào)線、以及不同電源的線路要分開，保持足夠隔離，以免相互感應(yīng)；3、屏蔽?？刂菩盘?hào)的輸入線采用抗干擾的金屬屏蔽線，其外套是金屬編織網(wǎng)，可以直接接地。這種方式可以很好的保護(hù)控制信號(hào)不相互串?dāng)_，也不會(huì)有射頻信號(hào)的干擾。整個(gè)射頻組件用金屬鋁腔制作，具有很好的屏蔽性，接地良好；4、濾波。在電源線的輸入點(diǎn)處加濾波電路，可以防止電源上串入干擾信號(hào)。5、選擇合理的接地點(diǎn)。在各極放大電路中，芯片的接地管腳應(yīng)就近打接地孔接地，并在附近放置安裝螺孔，保證好的接地和散熱。如果接地不良，也會(huì)造成放大器的不穩(wěn)定，產(chǎn)生干擾。（二）自激振蕩的消除檢查放大器是否發(fā)生自激振蕩，可以在輸入端接50歐姆負(fù)載，用示波器探頭在輸出端信號(hào)線上測(cè)試，如果看到帶有毛刺的正弦電壓波形，就說(shuō)明產(chǎn)生了振蕩。自激振蕩和噪聲的區(qū)別是，自激振蕩產(chǎn)生的頻率要么是非常高的頻率，要么是非常低的頻率，而且頻率隨著放大器參數(shù)不同而變化，是一種無(wú)明顯規(guī)律的信號(hào)，振蕩波形通常都有規(guī)律性，其電平也較高，容易使放大器處于飽和狀態(tài)；高頻振蕩多半是由于接地不好、布線問題導(dǎo)致的。對(duì)此應(yīng)合理布線，減少線路上的相互耦合、環(huán)路起振等情況發(fā)生，也可以用一個(gè)小電容(例如1000PF左右)在電路中并聯(lián)到地尋找敏感點(diǎn)，在敏感點(diǎn)處可以看到振蕩消除，找到最靈敏的一點(diǎn)時(shí)，可以在此處接電容到地。這種方法屬于高頻濾波，可以消除高頻振蕩。需注意此時(shí)振蕩消除后，能否一直保持穩(wěn)定，不再反復(fù)產(chǎn)生。四、結(jié)束語(yǔ)本文主要針對(duì)一種2GHz～8GHz小信號(hào)放大器組件進(jìn)行了討論與研究，對(duì)放大器、均衡器、開關(guān)和功分器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上提出了一種更優(yōu)的方案，設(shè)計(jì)了各部分電路，并進(jìn)行了電路仿真和優(yōu)化。最后，設(shè)計(jì)出了小信號(hào)放大器的組件，最終成功實(shí)現(xiàn)了所需指標(biāo)，并給出了實(shí)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行了分析。本文對(duì)組件進(jìn)行了細(xì)致調(diào)試，并詳細(xì)測(cè)試，介紹了測(cè)試方法和測(cè)試步驟，整理完成測(cè)試數(shù)據(jù)表，將軟件仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。并對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)試方法進(jìn)行了總結(jié)。小信號(hào)放大器組件的實(shí)現(xiàn)，可以獲得更寬的工作帶寬，在小信號(hào)無(wú)線應(yīng)用中有著非常重要的作用，對(duì)于接收機(jī)有著很大的意義。參考文獻(xiàn)[1]王光旭,張欣.模擬電子小信號(hào)放大器實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)與制作[J].電子測(cè)試,2021(7):3.[2]孫玉軒,黃垂民.基于AD620的小信