CN108011595A - 一种北斗与gps双导航系统及其级间匹配及低噪声放大设备 - Google Patents

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陈彤
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Abstract

本发明提出了一种北斗与GPS双导航系统及其级间匹配及低噪声放大设备，包括：射频滤波器、级间匹配单元和低噪声放大装置，其中，所述射频滤波器接北斗与GPS天线，所述低噪声放大装置包括：第一级放大器芯片、第二级放大器芯片。本发明的特点是：采用两级放大的拓扑结构，通过行偏置电路、负反馈电路及输入匹配、级间匹配和输出匹配电路的设计，实现对北斗与GPS双导航的低噪声放大。

Description

一种北斗与GPS双导航系统及其级间匹配及低噪声放大设备
技术领域
本发明涉及北斗及GPS定位技术领域，特别涉及一种北斗与GPS双导航系统及其级间匹配及低噪声放大设备。
背景技术
低噪声放大器是北斗与GPS导航接收机前端必需的模块，它的性能直接影响接收机 的灵敏度及定位功能，现有低噪声放大器为北斗或GPS单系统放大器，采用三级放大 使增益达到50dB，且第一级放大器为单片硅型放大器，输入输出端必须有阻抗匹配电 路保证芯片正常工作，使得整个低噪声放大器模块体积较大，电路结构固定，不满足新 产品紧凑结构的要求。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种北斗与GPS双导航系统及其级间匹配及低 噪声放大设备，频带包括北斗和GPS信号频率，且两级放大即可满足增益要求，无需专用阻抗匹配电路，产品体积整体缩小，结构更加灵活。
为此，本发明的目的在于提出一种北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大 设备，射频滤波器、级间匹配单元和低噪声放大装置，其中，所述射频滤波器接北斗与GPS天线，所述低噪声放大装置包括：第一级放大器芯片、第二级放大器芯片，其中， 所述第一级放大器芯片的输出端与所述级间匹配单元的输入端连接，所述级间匹配单 元的输出端与所述第二级放大器芯片的输入端连接，所述第一级放大器芯片接收北斗 与GPS双定位天线信号并依次级间匹配单元、第二级放大器芯片输出放大后的低噪声 宽带信号；
其中，所述第一级放大器芯片、第二级放大器芯片采用负反馈式放大器，该负反馈式放大器采用以下形式之一：(1)串联负反馈；(2)并联负反馈；
所述低噪声放大装置还包括：第一偏置电路和第二偏置电路，所述第一偏置电路与所述第一级放大器芯片相连，所述第二偏置电路与所述第二级放大器芯片相连，所 述第一偏置电路和第二偏置电路采用以下形式之一：(1)BJT偏置电路；(2)FET偏 置电路。
进一步，所述第一级放大器芯片和所述第二级放大器芯片采用单片微波集成电路MMIC放大器芯片，内部集成2个单片放大器和匹配电路。
本发明实施例还提出一种北斗与GPS双导航系统，包括上述实施例的北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备。
根据本发明实施例的北斗与GPS双导航系统及其级间匹配及低噪声放大设备，采用两级放大的拓扑结构，通过行偏置电路、负反馈电路及输入匹配、级间匹配和输出匹 配电路的设计，实现对北斗与GPS双导航的低噪声放大，实现北斗与GPS双系统同时 放大，两级放大使得噪声系数更低，信噪比更高，结构更简单，设计更灵活。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显 和容易理解，其中：
图1为本发明的北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备的电路连接框 图；
图2为本发明一级、二级放大器芯片的内部电路图；
图3为本发明串联负反馈的电路图；
图4为本发明并联负反馈的电路图；
图5为本发明BJT偏置电路的电路图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备， 包括：射频滤波器200、级间匹配单元300和低噪声放大装置400，其中，射频滤波器 200接北斗与GPS天线100。
如图2所示，低噪声放大装置包括：第一级放大器芯片、第二级放大器芯片，其 中，所述第一级放大器芯片的输出端与所述级间匹配单元的输入端连接，所述级间匹 配单元的输出端与所述第二级放大器芯片的输入端连接，所述第一级放大器芯片接收 北斗与GPS双定位天线信号并依次级间匹配单元、第二级放大器芯片输出放大后的低噪声 宽带信号。
其中，所述第一级放大器芯片、第二级放大器芯片采用负反馈式放大器，该负反馈式放 大器采用以下形式之一：
(1)串联负反馈，如图3所示，串联负反馈能够改善放大器驻波比、增加稳定性、扩大动态范围；源极串联无耗电感反馈式由于可以降低最佳源阻抗的电抗部分，而对其电阻部分几乎不影响，所以几乎不恶化噪声，而且易于宽带噪声匹配。
(2)并联负反馈，如图4所示，并联负反馈电路的基本原理是用电阻、电容、电感组成的电路将栅极和漏极连接起来，可以改善放大器的稳定度。在负反馈电路中，最主要的反馈器件是RFB，它的数值决定了该频带的增益和带宽。为了得到最好的频率响应，需要 调节其他器件。
低噪声放大装置还包括：第一偏置电路和第二偏置电路，所述第一偏置电路与所述第 一级放大器芯片相连，所述第二偏置电路与所述第二级放大器芯片相连，所述第一偏置电 路和第二偏置电路采用以下形式之一：
(1)BJT偏置电路，如图5所示，低频条件下，射极的旁路电阻对于静态工作点的稳定起着重要作用。在微波频段中，与射极电路并联的旁路电容可能产生振荡，造成输入端在某些频率点上的不稳定。除此之外，射极电阻还将降低放大器的噪声性能。因此，在大 多数微波管放大器中，尤其是在GHz范围内，晶体管的射极引脚直接接地。对于一个BJT 选择直流静态工作点，依赖于特定的应用条件。对于低噪声和低功率应用，建议采用静态 工作点A点。在A点，BJT的集电极工作电流较低。对于低噪声、高增益放大器，一般采 用B点位静态工作点。对于高输出功率，甲类工作，静态工作点选用C。对于高输出功率 而且高效率，BJT采用甲乙类或者乙类工作，静态工作点在D点。；
(2)FET偏置电路
FET的静态工作点选择是否合理对电路性能的影响很大。对于低噪声、低功率的应用， FET应该偏置在较低的电流，典型值为IDSS的20％；对于低噪声和较高的功率增益，偏置电流典型值为取到IDSS的90％。
在本发明的实施例中，如图2所示，第一级放大器芯片1和所述第二级放大器芯片3采用单片微波集成电路MMIC放大器芯片，内部集成2个单片放大器和匹配电路。
具体的，MMIC(单片微波集成电路)放大器芯片采用WanTcom公司的型号为：WHM14-3020AE，频率范围1.2GHz－1.6GHz，噪声系数0.5dB，增益31dB，40mA@3.3V的低功耗， 体积12.7mm*8.9mm*2.0mm。具有高增益、低噪声系数、体积小、频率范围宽等特点。
本发明运用射频仿真软件对电路预先进行各项参数的仿真。工作原理：天线接收到的 卫星信号极其微弱(-130dBm左右)，通过第一级和第二级放大器芯片3后信号达到-80dBm 以上，声表带通滤波器2体积小，滤除有用信号以外的杂波和干扰信号，为进一步的数据 处理提供保障。MMIC放大器芯片WHM14-3020E采用先进的工艺，内部集成了2个单片放大 器，如图2所示，同时集成了匹配电路部分，所以2级放大器芯片即可满足高增益要求，噪声系数更容易控制，且无需专门的匹配电路部分。
本发明实施例还提出一种北斗与GPS双导航系统，包括上述实施例的北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备。
根据本发明实施例的北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备，实现北斗 与GPS双系统同时放大，两级放大使得噪声系数更低，信噪比更高，结构更简单，设计更 灵活。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者 特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况 下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所 附权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备，其特征在于，包括：射频滤波器、级间匹配单元和低噪声放大装置，其中，所述射频滤波器接北斗与GPS天线，所述低噪声放大装置包括：第一级放大器芯片、第二级放大器芯片，其中，所述第一级放大器芯片的输出端与所述级间匹配单元的输入端连接，所述级间匹配单元的输出端与所述第二级放大器芯片的输入端连接，所述第一级放大器芯片接收北斗与GPS双定位天线信号并依次级间匹配单元、第二级放大器芯片输出放大后的低噪声宽带信号；
其中，所述第一级放大器芯片、第二级放大器芯片采用负反馈式放大器，该负反馈式放大器采用以下形式之一：(1)串联负反馈；(2)并联负反馈；
所述低噪声放大装置还包括：第一偏置电路和第二偏置电路，所述第一偏置电路与所述第一级放大器芯片相连，所述第二偏置电路与所述第二级放大器芯片相连，所述第一偏置电路和第二偏置电路采用以下形式之一：(1)BJT偏置电路；(2)FET偏置电路。
2.如权利要求1所述的北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备，其特征在于，所述第一级放大器芯片和所述第二级放大器芯片采用单片微波集成电路MMIC放大器芯片，内部集成2个单片放大器和匹配电路。
3.一种北斗与GPS双导航系统，其特征在于，包括：权利要求1或2所述的北斗与GPS双导航系统的级间匹配及低噪声放大设备。
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