低噪聲放大器是通信,、雷達、電子對抗及遙控遙測系統(tǒng)中的必不可少的重要部件,，它位于射頻接收系統(tǒng)的前端,，主要功能是對天線接收到的微弱射頻信號進行線性放大，同時抑制各種噪聲干擾,，提高系統(tǒng)的靈敏度,。特別是隨著通信、電子對抗,、微波測量等向著寬頻帶,、低噪聲、小型化方向發(fā)展,，放大器的低噪聲和寬頻帶設計問題得到了越來越廣泛的重視,。這里給出了一個50～300 MHz的低噪聲寬帶放大器的設計,，該放大器在工作頻段內(nèi)具有優(yōu)良的增益平坦度和噪聲系數(shù)，能提高接收機的靈敏度,。
1 寬帶實現(xiàn)和負反饋原理
寬帶放大器設計的主要障礙是有源器件的增益帶寬積的制約,，即有源器件的增益在頻率高端隨著頻率的增加以6 dB/倍頻程下降。寬帶放大器常用的設計方法有：平衡結(jié)構式放大器,，負反饋式放大器,，有源匹配電路，電抗網(wǎng)絡匹配,，寬帶電阻匹配,，分布式放大器等。其中負反饋式放大器具有如下明顯的優(yōu)點：降低整個電路對晶體管自身性能變化的敏感度,；獲得較好的輸入阻抗匹配和較低的噪聲系數(shù),；增大工作頻帶內(nèi)放大器的穩(wěn)定性；增加放大器的線性度等,。因此,，負反饋技術被廣泛地運用于寬帶放大器的設計當中,。
采用負反饋技術的放大器如圖1所示,。
圖1 負反饋式放大器
其中柵極和漏極之間的反饋網(wǎng)絡由電容、電阻和電感組成,。其中電容的作用是防止反饋網(wǎng)絡對晶體管的直流偏置產(chǎn)生影響,；電感的作用是減少放大器在頻率高端的反饋量，抵消放大器的增益隨頻率增加而降低,，通過調(diào)節(jié)電感的大小可以調(diào)節(jié)放大器增益的平坦度,。電阻起主要反饋作用，通過調(diào)節(jié)電阻值的大小可以調(diào)節(jié)反饋量的多少,。同時當反饋電阻時,，放大器可以獲得良好的阻抗匹配。
2 偏置電路和穩(wěn)定因子
2.1 偏置電路
放大器的偏置電路如圖2所示,。圖2中電感L1和L2是射頻扼流圈（RFC）,；電容C1-C4為電源濾波電容；R3可由公式（1）推得：
其中DS I 是漏電流,， BB I 是流經(jīng)R1/R2 分壓器網(wǎng)絡的電流,。R1和R2 可由式（2）和式（3）推得：
圖2 放大器的偏置電路
2.2 穩(wěn)定因子
電路的穩(wěn)定性設計必不可少，因為高增益放大器比較容易自激,?？紤]放大器的穩(wěn)定性時主要考慮的是穩(wěn)定系數(shù)K 和|Δ| ，為了得到絕對穩(wěn)定的網(wǎng)絡,，必須滿足K>1和|Δ| <1,。
穩(wěn)定系數(shù)K 和|Δ| 的表達式如（4）和（5）所示：
當上面兩個條件同時滿足時,，放大器絕對穩(wěn)定；如果這兩個條件不能同時得到滿足,，放大器將存在潛在的不穩(wěn)定和振蕩,。此時需要采取一些措施來改善放大器的穩(wěn)定性，主要方法有：源極串聯(lián)負反饋,；漏極與柵極并聯(lián)負反饋,；漏極串聯(lián)電阻和漏極并聯(lián)電阻；插入鐵氧體隔離器等,。
3 ADS仿真及電路測試
根據(jù)Avago公司提供的ATF54143的晶體管模型,，在ADS中建立電路，對設計的低噪聲放大器的S參數(shù)和噪聲系數(shù)進行仿真和優(yōu)化,?？紤]到制作加工過程中可能帶來的誤差，設計仿真的性能指標設置必須高于所要求達到的性能指標,。通過反復的優(yōu)化,，最后得到的仿真結(jié)果為：在50～300 MHz頻帶內(nèi)，增益為23 ± 0.2 dB,，噪聲系數(shù)小于0.4,，輸入駐波小于1.4，輸出駐波小于1.4,。
根據(jù)仿真結(jié)果,，制作PCB板，裝配放大器,，如圖3所示,。
然后使用安捷倫公司的E5061A網(wǎng)絡分析儀和N8975噪聲系數(shù)分析儀對放大器進行測試，增益,、駐波和噪聲系數(shù)的測試結(jié)果分別如圖4,、圖5和圖6所示。
圖3 放大器實物圖
圖4 增益與頻率的關系
圖5 輸入/輸出駐波與頻率的關系
圖6 噪聲系數(shù)與頻率的關系
由圖4,、圖5和圖6可以看出,，研制的低噪聲放大器在寬帶（50～300 MHz）的工作頻段內(nèi)，增益大于22 dB,平坦度小于±0.3 dB ,噪聲系數(shù)小于1.25,輸入駐波小于1.4,，輸出駐波小于1.3,。可以看出低噪聲放大器的測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好,。但測試的噪聲系數(shù)比仿真結(jié)果稍差,，增益比仿真結(jié)果稍低，這是由于電容、電感的寄生電阻的影響,，同時調(diào)試時濾波器的輸入端口和輸出端口不是完全匹配,，器件的接地性不是很好，及測試電纜和接頭的影響,。
4 結(jié)語
寬帶低噪聲放大器是通信系統(tǒng)中不可或缺的重要器件,，這里通過負反饋技術，選用Avago公司的高電子遷移率晶體管ATF54143設計了一個低噪聲寬帶放大器,，并使用微波仿真軟件ADS進行優(yōu)化,，得出在50-300MHz的工作頻率帶內(nèi)，增益大于22 dB,平坦度小于±0.3 dB ,噪聲系數(shù)小于1.25,輸入駐波小于1.4,，輸入駐波小于1.3,。
這里的創(chuàng)新點是使用負反饋技術設計出低噪聲寬帶放大器，該放大器具有增益高,，增益平坦度優(yōu),，及噪聲系數(shù)小等優(yōu)點，可廣泛應用于微波通信,、衛(wèi)星通信等各種電子設備中,。