低成本CDMA2000基站低噪聲放大電路設(shè)計

蘆 忠，廖華芬

（1.四川省經(jīng)濟和信息化委員會新興產(chǎn)業(yè)推進處，成都 610015；2.南京泰之聯(lián)無線科技有限公司，南京 210007）

1 概述

CDMA2000基站低噪聲放大電路應(yīng)用于基站接收前，是基站接收系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，它可以降低基站接收系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，提高接收靈敏度，其性能指標的好壞將影響整個通信基站的性能。其低噪聲放大電路應(yīng)該具有噪聲系數(shù)低、增益一致性好、高線性、功耗小以及成本低等特點。

本文對CDMA2000基站低噪聲放大電路進行了仿真分析及電路設(shè)計，成功地研制出了性能良好、成本低廉的CDMA2000基站低噪聲放大模塊，技術(shù)指標達到：在824MHz～849MHz頻率范圍內(nèi)噪聲系數(shù)小于0.8dB，增益29dB。

2 工作原理

CDMA2000基站接收系統(tǒng)的靈敏度是一個重要指標。在實際無線通訊應(yīng)用中不可避免地會有噪聲，它與微弱信號一起被放大和衰減，妨礙對通信信號的辨別，所以噪聲成為限制接收機靈敏度的主要因素。

接收系統(tǒng)的靈敏度用功率來表示，即：

式（1）中，Bn是接收系統(tǒng)的噪聲帶寬，單位為MHz，F(xiàn)S是級聯(lián)噪聲系數(shù)，單位為dB。

由式（1）可以看出，噪聲越大接收靈敏度越低，因此接收系統(tǒng)的低噪聲設(shè)計就顯得十分重要。

多級線性網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)的噪聲系數(shù)如式（2）：

以上公式說明為降低級聯(lián)放大電路噪聲系數(shù)，必須降低第一、二級放大器的噪聲系數(shù)并適當(dāng)提高它們的功率增益，第三級以后的器件對噪聲影響較小，可以忽略。

我們設(shè)計的CDMA2000基站放大電路功能框圖如圖1。

微波有源放大器件選擇AVAGO公司的器件ATF-58143和ATF-52189。這兩個器件是高電子遷移率晶體管，具有低噪聲、高增益等特點。器件指標如表1。

從器件性能參數(shù)不難看出，選用ATF-58143器件作為第一級放大器，可以實現(xiàn)低噪聲放大。為了保證輸入級的低噪聲和高動態(tài)范圍，采用兩只ATF-58143器件合成平衡放大。平衡式低噪聲放大器比單端放大器有很多優(yōu)點，它二分合路器代替隔離器，大大降低了成本，同時動態(tài)范圍提高3dB，實現(xiàn)高線性、大動態(tài)信號放大。第二級采用ATF-52189器件，它具有高IP3值，確保輸出高動態(tài)性。這兩個器件均采用單電源供電，減去了正負電源帶來的不便。因為兩級放大器之間存在耦合現(xiàn)象，為了提高第一、二級放大器之間的匹配性能和第二級放大器的穩(wěn)定性，消除自激隱患，在第一和第二級放大器件之間增加了2dB的固定型衰減器。考慮到在-40℃到+85℃范圍內(nèi)的增益變化，輸出端采用一個溫補衰減器，用來補償由于溫度變化引起的放大器增益波動。

圖1 低噪聲放大電路功能框圖

表1 微波器件技術(shù)參數(shù)表

3 電路仿真

定性以及總增益等。優(yōu)化結(jié)果：在824MHz～849MHz范圍內(nèi)，放大器的噪聲系數(shù)為0.67dB，增益為29.5dB，穩(wěn)定系數(shù)K為1.25，輸出駐波小于-18dB。

CDMA2000基站低噪聲放大電路設(shè)計如圖2。

采用Microwave office仿真軟件進行仿真，分別按最小噪聲、最佳增益等對兩級放大器輸入、輸出及級間匹配進行仿真。電路仿真結(jié)果如圖3～圖6所示。

仿真設(shè)計主要優(yōu)化目標是噪聲系數(shù)，放大器的穩(wěn)

4 電路實現(xiàn)及結(jié)果

根據(jù)以上分析和數(shù)據(jù)制作電路，電路板采用Rogers Ro4350B微波基板，介電常數(shù)為3.48，設(shè)計版圖如圖7。

圖2 兩級低噪聲放大電路圖

圖3 電路增益仿真圖

圖4 電路放大穩(wěn)定性仿真圖

圖5 電路噪聲系數(shù)仿真圖

圖6 電路輸出匹配仿真圖

通過加工5塊低噪聲放大電路，在824MHz～849MHz范圍內(nèi)進行測試，測試結(jié)果如表2。

圖7 低噪聲放大電路板圖

表2 電路測試性能參數(shù)表

以上電路測試結(jié)果驗證了實際電路與仿真設(shè)計誤差較小，加工簡單，人工調(diào)試成本低，適合小批量生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計的CDMA基站低噪聲放大電路已經(jīng)成功地應(yīng)用于基站接收系統(tǒng)中，并且調(diào)試人工成本低，增益一致性好，穩(wěn)定可靠。實際工程應(yīng)用證明：CDMA2000基站低噪聲放大電路進行仿真優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)放大電路噪聲系數(shù)低、增益一致性好、高線性、功耗小以及成本低等性能優(yōu)勢。

[1] 陳邦娞，編.射頻通信電路[M].北京：科學(xué)出版社.

[2] 傅君眉，編.微波無源和有源電路原理[M].西安：西安交通大學(xué)出版社.