关于2.5GHz WiMAX低噪声放大器设计

2009-04-07 17:34:34来源: 摩托罗拉中国研发中心

WiMAX又称为802.16无线城域网,是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因其能提供高速的数据业务以及对3G可能构成的威胁,使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。

  低噪声放大器是接收机的重要组成部分,它对降低接收链路的噪声系数(NF),提高整个接收机的灵敏度起着至关重要的作用。由于它位于接收机的最前端,所以要求它具有很小的噪声系数。为了抑制后级元件对噪声系数的影响,又要求它具有合适的增益。


  为了满足2.5GHZ WiMAX应用,要求该低噪声放大器在工作频段2.49~2.69GHz内能有>14dB的增益,<1dB的噪声系数。为了降低接收机成本,该低噪声放大器基于低廉的FR4板材,并采用Avago的一款E-PHEMT(增强型伪高电子迁移率晶体管)ATF-551M4设计,ATF-551M4价格较ATF-54143更为便宜,同时ATF-551M4具有更低的漏级偏置电流,能够有效降低接收机功耗。

输入匹配电路设计


为了满足系统设计要求的噪声系数,增益,同时获得好的线性度,选取该器件沟道电流(Ids)为30mA,漏极到源极电压为3V,根据ATF-551M4的datasheet3,该E-pHEMT晶体管具有如下典型值:


2.5GHz S11=0.690∠-131.0°,

3.0GHz S11=0.668∠-146.0°,

2.4GHz Fmin= 0.45 Fopt=0.33∠54°Rn/50=0.09。

3.0GHz Fmin= 0.52 Fopt=0.26∠79°Rn/50=0.09。


可以看出最佳输入匹配点S11*与最小噪声匹配点Fopt相差比较远,所以我们不可能同时获得较好的噪声系数和输入回损。实际上,由于LNA离天线比较近,为了保证天线口良好的驻波比,我们对低噪声放大器的输入回损要求比较高,因此,需将低噪声放大器的输入匹配到最佳匹配点S11*。然而,从图2的Smith园图中可以看出,如果匹配到S11*点,此时的NF只有1.25dB,没有达到设计要求。


为了改善输入回损与噪声系数的矛盾,可以通过在源级引入负反馈以改变输入阻抗。我们可以在ATF-551M4的源级增加两段等长的接地线,这两段接地线等效为两个小电感,为ATF-551M4提供负反馈。通过ADS可以对加入源级引线后S11*的变化进行仿真(图1)。设计中我们取引线的宽度为0.25mm,图2中分别是引线长度为0mm,0.6mm,1.0mm情况下的S11*位置,结果表明,在源级引入负反馈能明显的拉近S11*与Fopt的距离,改善输入回损与噪声系数的矛盾。线长为0.6mm时,就能将噪声系数提高到0.85dB以内。

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关键字:低噪声放大器  LNA  ATF-551M4

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2009/0407/article_1228.html
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