[发明专利]一种射频电路的设计

说明书

本发明设计了一种低噪声宽带放大电路。该电路包括输入匹配电路、兰格耦合器、高通滤波器、低噪声放大器、输出匹配电路。低噪声放大器的输入端采用的是兰格耦合器的方式，特性阻抗为50Ω，耦合度为3dB，角度为90°；高通滤波器采用的是最大平坦度设计，截止频率为2GHz，衰减3dB，通带转角频率3GHz，通带衰减0.1dB，输入输出阻抗为50Ω。低噪声放大器输出端通过兰格耦合器电路、输出匹配电路接入负载端。

技术领域

本发明涉及一种低噪声宽带放大电路。

背景技术

超宽带无线传输(UWB)系统作为宽带技术载体之一，具有低成本、低功 耗、低复杂性、抗干扰性强、安全性高及传输速率高等优点，吸引了许多高 校、研究所的关注。UWB主要应用于室内通信、高速无线局域网、家庭网络、安 全检测、位置测定、雷达等领域。低噪声放大器(LNA)是UWB系统中必不可少 且至关重要的一个模块，能够在整个频带内接收微弱信号，并保证在高信噪比 前提下对信号进行放大。这就要求低噪声放大器具有宽带输入输出匹配、高且 平坦的增益以及低且平坦的噪声。低噪声放大器作为天线输出端后第一个模块，需要对微弱的天线信号进行放大以便后续信号处理。所以对低噪声宽带放 大器的研究就显得至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种1GHz带宽的低噪声宽带放大电 路，该电路带宽为1GHz，噪声系数小于1dB，驻波比小于1.5，增益平坦度小于 1.5dB。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：本发明所设计的低噪声 宽带放大电路包括第一兰格耦合器前端的输入匹配电路模块、第一兰格耦合器、 高通滤波器、低噪声放大器以及第二兰格耦合器和其输出端的输出匹配电路模块。 输入匹配电路是将低噪声放大器的输入阻抗匹配到源端的阻抗(50Ω)，输出匹配 电路是将低噪声放大器的输出阻抗匹配到负载端的阻抗(50Ω)。兰格耦合器在输 入端将输入射频信号分成两路：功率平分，相位差90°，通过两个低噪放对信号 分别放大，然后在输出端再通过一个兰格耦合器对信号进行合成，从而实现信号 的宽带匹配。高通滤波器的作用是对高频率的增益进行补偿，使得在频率内得到 稳定的功率增益保证增益平坦度。

本发明所有模块所用的介质材料是RogersRO4350B,介质材料厚度为 0.508mm，其介电常数为3.66，正切损耗值为0.0037，微带线的特性阻抗为50欧 姆，2.5GHz电磁波在上述介质中的波导波长λg＝74.36mm。经计算当T型微带线 和普通微带线端口宽度为1.07mm时，微带线在上述介质材料中的特性阻抗为50 Ω，所以所有T型微带线和普通微带线的端口宽度为1.07mm。

源端和第一兰格耦合器之间的输入匹配电路由两段串联微带线和一段并 联开路短截线和一段T型微带线构成，匹配电路采用T型拓扑结构，假设源端 阻抗为50欧姆，兰格耦合器的输入端在以50欧姆归一化的史密斯导纳圆图的值 为a+jb，此输入匹配网络是将兰格耦合器的输入阻抗匹配到50欧姆。输入匹配 网络包括：第一串联微带线TL1、第一T型微带线Tee1、第一并联开路微带短 截线TL2,、第二串联微带线TL3。从兰格耦合器端口看，先串联微带线TL3长 度为x*λg，串联微带线的目的是沿着等反射系数圆进行导纳变换，可以从史密 斯导纳圆图上读出此时兰格耦合器的归一化导纳，通过调整TL3的长度使得此时的归一化导纳值在等反射系数圆与辅助圆(辅助匹配圆是归一化值为1的等电 阻圆沿逆时针旋转180°所得)的交点处，假设此时的归一化导纳值为1+j*f；第 一并联开路微带短截线TL2等效成并联电抗元件，使得阻抗点沿着值为1的等 电导圆移动到匹配点，第二并联开路短截线的长度Y可由下式计算：λg为波导波长。第三串联微带线TL1，微带线的长度 TL1＝1/4*λg。，

兰格耦合器的设计方法，需要对输入信号进行功率平分，输出两个频率相 位相差90°输出，取特性阻抗Z0＝50Ω，耦合度(dB):其中耦合度：C＝[Ze-Zo]/[Ze+Zo],相位角度：E_Eff＝90°，根据公式：