超宽带低噪声放大器的设计验证

于春永

摘 要：无线通信技术是现代通信的基础，随着技术的不断进步发展，无线通信的频率和带宽要求越来越高，原有的窄带宽通信技术已经无法满足现今越来越庞大的通信数据的传输需求。为保障通信技术的需求，做好超宽带低噪声放大器的开发对于促进通信产业的发展有着极为重要的意义。在无线通信技术的应用过程中来自于WLAN信号和UWB信号之前相互干扰将会对通信质量造成严重的影响，因此应当设计出一种具有频带选择性的多谐振负载网络，通过构建一种具有频带选择性的超宽带低噪声放大器以便最大限度地获取高质量的信号确保通信质量。

关键词：低噪声放大器；频带选择；超宽带

中图分类号：TN722 文献标识码：A

现今的无线通信正在向着高频率、高带宽的方向发展。现今所使用的UWB系统中所使用的频段会受到WLAN信号的干扰，由于UWB信号是一种微弱的信号，其频谱密度极低，甚至于要低于一些噪声。因此，UWB信号受到WLAN信号的影响要远大于其对WLAN所造成的影响微乎其微。在UWB信号和WLAN信号重叠使用的区域，UWB信号会在5GHz～6GHz的频段内被WLAN信号所覆盖，为获得良好的UWB信号需要在信号接收器端对WLAN信号进行一定的屏蔽。本文通过采用实时放大与选择的工作方式通过设计出一种具有频带自主选择性的超宽带放大器，使其能够屏蔽来自授权频带信号干扰的同时对UWB信号的下逾带和上边带进行放大，以便更好地获得无线信号。

1.超宽带低噪声放大器的电路设计

超宽带低噪声放大器的电路设计分为：具有选择性的多谐振负载网络、低噪声放大器两个主要的方面。

1.1 具有频带选择性的多谐振负载网络

通过电路中对于谐振特性的研究表明，在低噪声放大器的电路中通过选用具有频带选择功能的多谐振负载网络结构，既能够对WLAN信号的干扰进行良好的屏蔽，同时还能够使得UWB的信号具有较强的通过性。根据相关资料显示，图1中分别对3种不同形式的多谐振网络结构进行了展示，（a）型结构中通过构建两电容和两电感分别并联的结构形式使得此电路结构能够实现宽频带上的选择特性。（b）型结构采用的是电容的双串联、双并联的结构形式，通过引入调谐电容作为低噪声放大器中的网络优化元件有效地提升了低噪声放大器的频带选择性。（c）型结构则是本文所讨论的超宽带低噪声放大器的电路结构，通过在电路结构中加入调谐电容所采用的双串联双并联的结构形式在提升频带选择性的同时也使得电路对于WLAN信号的屏蔽性大为加强。采用（c）型结构时，当通过频率从低到高持续增加时，由于受到电感扼流的作用将会使得多谐振拓扑结构的阻抗值是持续增加的，通过相关的研究表明，多谐振负载阻抗的分子、分母项分别由角频率的偶次项和奇次谐波分量所构成。通过研究测算，多谐振部分的工作频段分布在吉赫兹频段，在多谐振电路工作的过程中需要将电路中的电感和电容的量级控制在纳亨级和皮法级。

1.2 超宽带低噪声放大器的结构部分

超宽带低噪声放大器是UWB接收机中极为重要的组成部分之一，为获得良好的WLAN信号的屏蔽和UWB信号的获取，其在设计时需要确保在很宽的频带范围里提供尽量大的增益和将噪声降至最低。因此，在超宽带低噪声放大器的结构部分中需要选用合理的电路拓扑结构。在超宽带低噪声放大器的结构设计中采用电感源极负反馈的共源共栅结构，并采用电流复用的电路结构，从而完成对于超宽带低噪声放大器电路的构建，完成构建的超宽带低噪声放大器如图2所示，通过在M1源极部分引入串联电感，通过电感的隔离作用从而使得整个超宽带低噪声放大器電路系统中几乎不产生噪声。在工作频率内，加载在M1栅极上的电感与MOS管的等效电路中的输入回路中的电容形成谐振用以实现与输入阻抗的匹配。在超宽带低噪声放大器的结构中采用的两个晶体管M1和M2将被置于同一偏置电路中，从而使得超宽带低噪声放大器中对于电流的功耗将下降一半。在超宽带低噪声放大器的工作中，高频信号首先从超宽带低噪声放大器中晶体管M1的栅极流入，通过M1后从晶体管M1的漏极流出时将分内从电容流入晶体管M2最后再从晶体管M2的漏流出.超宽带低噪声放大器中的另外一路的高频信号则串联电感和电容与地连接。

2.超宽带低噪声放大器的仿真测试

通过对超宽带低噪声放大器的结构进行测试，通过仿真分析表明在超宽低噪声放大器中选用多谐振负载选频网结构后，UWB信号与WLAN信号相频差在5.5GHz处达到最大，能够达到89.725°，所采用的多谐振网络结构能够使得UWB信号与WLAN的干扰信号产生正交化，从而更好地对干扰信号进行筛选，以便将干扰、噪声信号的影响降至最低。

结语

通过研究测算，在超宽带低噪声放大器的设计过程中通过引入多谐振负载选频网络以及引入电感源极负反馈的放大电路结构从而使得放大电路在噪声和功率传输下获得良好的性能。

参考文献

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