CN110473451A - 一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置 - Google Patents

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刘宏梅
张妍
郭晓建
房少军
王钟葆
傅世强
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Abstract

本发明公开了一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置，包括介质板、低噪声放大电路和直流偏置电路保护罩；所述低噪声放大电路包括低噪声放大芯片、输入匹配电路、输出匹配电路、直流偏置电路和5V插拔式供电模块；所述直流偏置电路保护壳包括芯片栅源电压测量点、芯片漏源电压测量点。该装置中的多款低噪声放大芯片可供选择；当通过软件仿真确定输入输出匹配电路后，可在输入匹配设计区域和输出匹配设计区域用双导铜箔贴出匹配电路，然后通过实测对各串、并联匹配微带线的长度进行调节实现输入输出匹配，从而实现减小信号中噪声并将信号放大。

Description

一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，射频技术逐渐成为人们关注的焦点。射频电路主要分为有源电路和无源电路，低噪声放大电路是一种重要的射频有源电路，它的作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，减少噪声干扰，以供系统解调出信息数据。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。
近年来各高校纷纷开设射频实验课程，但也仅限于用标量网络分析仪或频谱仪测量基于微带电路设计的射频器件，后又逐步设计实现了针对射频无源器件的可重复使用的射频无源电路板。实验室目前的射频实验板大多是针对无源器件的，关于射频有源器件的实验板几乎没有。
发明内容
本发明针对以上提出的问题，设计了一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置，包括介质板、低噪声放大电路和直流偏置电路保护罩；
所述低噪声放大电路包括低噪声放大芯片、输入匹配电路、输出匹配电路、直流偏置电路和5V插拔式供电模块；所述直流偏置电路保护壳包括芯片栅源电压测量点、芯片漏源电压测量点、螺丝固定孔和透明壳；
所述低噪声放大芯片有四个引脚：栅极G、源极S1、源极S2和漏极D；所述输入匹配电路包括输入匹配设计区域、输入端隔直电容、50欧姆输入端口、输入匹配设计区域左侧连接贴片和输入匹配设计区域右侧连接贴片；所述输出匹配电路包括输出匹配设计区域、输出端隔直电容、50欧姆输出端口、输出匹配设计区域左侧连接贴片和输出匹配设计区域右侧连接贴片；所述直流偏置电路包括直流偏置电阻、扼流电感、旁路电容、负反馈电感；
所述直流偏置电阻包括第一直流偏置电阻、第二直流偏置电阻和第三直流偏置电阻；所述扼流电感包括第一扼流电感和第二扼流电感；所述旁路电容包括第一旁路电容和第二旁路电容；所述负反馈电感包括第一负反馈电感和第二负反馈电感；
所述低噪声放大芯片的栅极G通过输入匹配设计区域右侧连接贴片与输入匹配设计区域相连，源极S1通过第一负反馈电感与地相连，源极S2通过第二负反馈电感与地相连，漏极D通过输出匹配设计区域左侧连接贴片与输出匹配设计区域相连；所述输入端隔直电容串联在50欧姆输入端口与输入匹配设计区域之间；所述输出端隔直电容串联在输出匹配设计区域与50欧姆输出端口之间；所述直流偏置电阻的第一直流偏置电阻、第二直流偏置电阻和第三直流偏置电阻串联；所述第一扼流电感的一端与输入匹配设计区域右侧连接贴片相连，另一端并接在第一直流偏置电阻和第二直流偏置电阻之间；所述第二扼流电感的一端与输出匹配设计区域左侧连接贴片相连，另一端与第三直流偏置电阻相连；所述第一旁路电容一端并接在第一扼流电感与第一直流偏置电阻、第二直流偏置电阻之间，另一端接地；所述第二旁路电容一端并接在第二直流偏置电阻和第三直流偏置电阻之间，另一端与地相连；
进一步地，所述一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置中的多款低噪声放大芯片可供选择；当通过软件仿真确定输入输出匹配电路后，可在输入匹配设计区域和输出匹配设计区域用双导铜箔贴出匹配电路，然后通过实测对各串、并联匹配微带线的长度进行调节实现输入输出匹配，从而实现减小信号中噪声并将信号放大。
本发明提供的一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置，具有易加工、低成本、安全性高、可重复利用的特点，适用于实验室射频有源电路实验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置的结构示意图；
图2是本发明所述一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置的低噪声放大电路结构示意图；
图3是本发明所述一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置的直流偏置电路保护罩结构示意图；
图4是本发明所述一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置的低噪声放大芯片引脚结构示意图；
图5是本发明所述一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置的输入匹配电路结构示意图；
图6是本发明所述一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置的输出匹配电路结构示意图；
图7为利用本发明一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置的直流偏置电路结构示意图；
图8为利用本发明一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置设计的低噪声放大电路的结构示意图；
图9为利用本发明一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置设计的低噪声放大电路测得的S11、S21和S22曲线。
图中：1、介质板，2、低噪声放大电路，3、直流偏置电路保护罩；21、低噪声放大芯片，22、输入匹配电路，23、输出匹配电路，24、直流偏置电路，25、5V插拔式供电模块，31、芯片栅源电压测量点，32、芯片漏源电压测量点，33、螺丝固定孔，34、透明壳；211、低噪声放大芯片栅极G，212低噪声放大芯片源极S1，213低噪声放大芯片源极S2，214、低噪声放大芯片漏极D，221、输入匹配设计区域，222、输入端口隔直电容，223、50欧姆输入端口，224、输入匹配设计区域左侧连接贴片，225、输入匹配设计区域右侧连接贴片，云231、输出匹配设计区域，232、输出端口隔直电容，233、50欧姆输出端口，234、输出匹配设计区域左侧连接贴片，235、输出匹配设计区域右侧连接贴片；2211、输入匹配第一串联微带线，2212、输入匹配第一并联微带线，2213、输入匹配第二串联微带线，2214、输入匹配第二并联微带线，2215、输入匹配第三串联微带线，2311、输出匹配第一串联微带线，2312、输出匹配第一并联微带线，2313、输出匹配第二串联微带线，2314、输出匹配第二并联微带线，2315、输出匹配第三串联微带线，2411、第一直流偏置电阻，2412、第二直流偏置电阻，2413、第三直流偏置电阻，2421、第一扼流电感，2422、第二扼流电感，2431、第一旁路电容，2432、第二旁路电容，2441、第一负反馈电感，2442、第二负反馈电感。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
实施例：
下面以ATF54143低噪声放大芯片为例，采用1.5mm的FR4介质板在频率900MHz的条件下进行设计实现，结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
第一步：先测低噪声放大芯片21的静态工作点，通过静态工作点确定直流偏置电阻的阻值为：第一直流偏置电阻2411的阻值为82欧姆、第二直流偏置电阻2412的阻值为620欧姆、第三直流偏置电阻2413的阻值为33欧姆；第二步：在交、直流通路之间加射频扼流电路，引入隔直电容、扼流电感和旁路电容，它们的参数分别为：输入端口隔直电容222的电容值为150pF，输出端口隔直电容232的电容值为150pF，第一扼流电感2421的电感值为100nH，第二扼流电感2422的电感值为100nH，第一旁路电容2431的电容值为150pF，第二旁路电容2432的电容值为150pF；第三步：为使系统在工作频率范围内稳定，在低噪声放大芯片21的源极212、213与地之间引入负反馈电感，它们的参数分别为：第一负反馈电感2441的电感值为1.2nH，第二负反馈电感2442的电感值为1.2nH；第四步：用软件仿真确定输入输出匹配电路，经仿真分析，采用π型电路实现匹配；第五步：给实验装置供电，先检查芯片栅源电压测量点31、漏源电压测量点32测得的工作电压是否是正确，若正确，断电后在输入匹配设计区域221和输出匹配设计区域231用双导铜箔贴出匹配电路；最后，通过实测调节各串、并联匹配微带线的长度实现输入输出匹配；
如图8所示，输入匹配电路22为：输入匹配第一串联微带线2211、输入匹配第二串联微带线2213和输入匹配第三串联微带线2215依次串联，输入匹配第一串联微带线2211左侧与输入匹配设计区域左侧连接贴片224相连，输入匹配第三串联微带线2215右侧与输入匹配设计区域右侧连接贴片225相连，输入匹配第一并联微带线2212并接在输入匹配第一串联微带线2211和输入匹配第二串联微带线2213之间，输入匹配第二并联微带线2214并接在输入匹配第二串联微带线2213和输入匹配第三串联微带线2215之间；输出匹配电路23为：输出匹配第一串联微带线2311、输出匹配第二串联微带线2313和输出匹配第三串联微带线2315依次串联，输出匹配第一串联微带线2311左侧与输出匹配设计区域左侧连接贴片234相连，输出匹配第三串联微带线2315右侧与输出匹配设计区域右侧连接贴片235相连，输出匹配第一并联微带线2312并接在输出匹配第一串联微带线2311和输出匹配第二串联微带线2313之间，输出匹配第二并联微带线2314并接在输出匹配第二串联微带线2313和输出匹配第三串联微带线2315之间。
采用上述设计方案，设计了一款低噪声放大电路，其测试结果如图9所示。在900MHz频率处输入和输出端口S11均小于-20dB，增益大于10dB。

Claims (2)

1.一种可自主设计的低噪声放大电路实验装置，其特征在于包括设置在介质板(1)上的低噪声放大电路(2)和直流偏置电路保护罩(3)；
所述低噪声放大电路(2)包括低噪声放大芯片(21)、输入匹配电路(22)、输出匹配电路(23)、直流偏置电路(24)和5V插拔式供电模块(25)；所述直流偏置电路保护罩(3)至少包括芯片栅源电压测量点(31)和芯片漏源电压测量点(32)；
所述低噪声放大芯片(21)包括栅极G(211)、源极S1(212)、源极S2(213)和漏极D(214)；所述输入匹配电路(22)包括输入匹配设计区域(221)、输入端隔直电容(222)、50欧姆输入端口(223)、输入匹配设计区域左侧连接贴片(224)和输入匹配设计区域右侧连接贴片(225)；所述输出匹配电路(23)包括输出匹配设计区域(231)、输出端隔直电容(232)、50欧姆输出端口(233)、输出匹配设计区域左侧连接贴片(234)和输出匹配设计区域右侧连接贴片(235)；所述直流偏置电路(24)包括直流偏置电阻(241)、扼流电感(242)、旁路电容(243)和负反馈电感(244)；
所述直流偏置电阻(241)包括第一直流偏置电阻(2411)、第二直流偏置电阻(2412)和第三直流偏置电阻(2413)；所述扼流电感(242)包括第一扼流电感(2421)和第二扼流电感(2422)；所述旁路电容(243)包括第一旁路电容(2431)和第二旁路电容(2432)；所述负反馈电感(244)包括第一负反馈电感(2441)和第二负反馈电感(2442)；
所述低噪声放大芯片(21)的栅极G(211)通过输入匹配设计区域右侧连接贴片(225)与输入匹配设计区域(221)相连接，所述源极S1(212)通过第一负反馈电感(2441)与地相连接，所述源极S2(213)通过第二负反馈电感(2442)与地相连接，所述漏极D(214)通过输出匹配设计区域左侧连接贴片(234)与输出匹配设计区域(231)相连接；所述输入端隔直电容(222)串联在50欧姆输入端口(223)与输入匹配设计区域(221)之间；所述输出端隔直电容(232)串联在输出匹配设计区域(231)与50欧姆输出端口(233)之间；所述第一直流偏置电阻(2411)、第二直流偏置电阻(2412)和第三直流偏置电阻(2413)串联连接；所述第一扼流电感(2421)的一端与输入匹配设计区域右侧连接贴片(225)相连接、另一端并联连接在第一直流偏置电阻(2411)和第二直流偏置电阻(2412)之间；所述第二扼流电感(2422)的一端与输出匹配设计区域左侧连接贴片(234)相连接、另一端与第三直流偏置电阻(2413)相连接；所述第一旁路电容(2431)一端并联连接在第一扼流电感(2421)与第一直流偏置电阻(2411)、第二直流偏置电阻(2412)之间、另一端接地；所述第二旁路电容(2432)一端并联连接在第二直流偏置电阻(2412)和第三直流偏置电阻(2413)之间、另一端与地相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述直流偏置电路保护罩(3)还包括螺丝固定孔(33)和透明壳(34)。
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