低噪声宽带放大器的设计及应用

### 低噪声宽带放大器的设计及应用 #### 摘要 本文主要介绍了低噪声宽带放大器的设计原理及其在实际中的应用。放大器工作在特定频段，采用三只低噪声双极晶体管组成，并安装在铝制屏蔽盒内。其主要性能指标包括：频率范围广、增益高以及噪声系数低等特点，适用于作为卫星电视接收机的第一中频放大器或者高放级。 #### 引言 随着我国卫星电视广播事业的发展，对于高性能的接收设备需求日益增长。无论是目前使用的C波段（下行频率约4GHz），还是未来可能使用的Ku波段（下行频率约为12GHz），其工作带宽均为500MHz。为了适应这些需求，本文设计了一款工作在500MHz至1.2GHz频段的低噪声宽带放大器，能够满足C波段和Ku波段卫星电视接收机的一次中频放大器或高放级的需求。 #### 电路设计 ##### 1. 低噪声晶体管的选择 在该频段内，满足性能要求的低噪声器件主要有场效应管和双极晶体管两种。考虑到成本效益比，本设计选择了低噪声双极晶体管。这种晶体管在工作频率范围500MHz至1.2GHz之间表现出较低的噪声系数和较高的增益，其典型值为噪声系数低于3dB，增益高于20dB。 为了确保放大器在整个工作频带内的稳定性，通过测量不同频率点下的S参数，可以计算出稳定系数K。在本设计中，计算结果显示K始终大于1，表明放大器在所有工作频率点上都能保持稳定工作状态。 ##### 2. 放大器级数的确定 单级放大器的增益有限，通常为20dB左右，而本次设计的目标增益大于60dB。因此，需要多级放大器组合使用。经过计算，确定采用三级放大器结构，其中第一级按照最小噪声系数进行设计，后两级则按照最大增益设计，从而同时满足噪声系数和增益的要求。 ##### 3. 宽频带考虑 为了实现宽带特性，采用了斜率补偿法。这种方法通过在工作频率高端设计成共轭匹配，以获得无反射和最大的功率传输效率；而在其他频率上，则允许一定程度的反射或失配，以补偿晶体管功率传输系数随频率升高而下降的趋势。这种方法有助于提高放大器在整个工作频带内的增益平坦度。 ##### 4. 低噪声电路设计 在低噪声电路设计方面，关键在于输入端的匹配。输入匹配网络应该按照获得最小噪声系数的方式进行设计，使信源阻抗变换到晶体管所需的源阻抗，即最佳噪声源阻抗。这有助于进一步降低整个系统的噪声系数，提高放大器的整体性能。 #### 结论 本文介绍了一款适用于卫星电视接收机的低噪声宽带放大器的设计方案。通过选择合适的低噪声双极晶体管、优化放大器级数以及采用斜率补偿等技术手段，成功实现了高性能的放大器设计。该放大器不仅满足了C波段和Ku波段卫星电视接收机对低噪声、宽带放大器的需求，同时也为其他类似应用提供了参考案例和技术支持。