CN111130465A - 适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，包括：第一级放大器单元、第一滤波单元、级间匹配单元以及第二级放大器单元；所述第一级放大器单元包括：第一级放大器芯片，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1以及电感L3；所述第一级放大器芯片采用型号为ATF54143的芯片；所述第一级放大器单元的输出端和第一滤波单元输入端相连；所述第一滤波单元的输出端与级间匹配单元的输入端相连；所述级间匹配单元的输出端与第二级放大器单元的输入端相连；所述第二级放大器单元包括：第二级放大器芯片、电容C6、电容C11、电感L5；所述二级放大器芯片采用型号为ASL226的芯片。

Description

适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路

技术领域

本发明涉及前端电路，具体地，涉及一种适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路。

背景技术

低噪声放大器(简称低噪放)是北斗二代射频前端的主要部分，它位于接收机的最前端，将需要处理的无线信号，通过放大、滤波成射频芯片能处理的信号。由于无线信号非常的弱小，并伴随着很大的干扰。因此系统对低噪声放大器的噪声、增益及线性度有很高的要求，并且要求输入、输出阻抗实现良好的匹配及实现有效的功率传输。很多设计方案采用两级ATF54143级联的方式，通过软件仿真使其达到一定增益，并缺少实际测试结果，而实际增益相比仿真结果通常会下降6dB左右，无法完全满足设计要求，

专利文献CN103095227A公开了一种WiMAX射频前端双向放大器，它包括下行功放电路、上行低噪放电路、高速射频切换开关和同步控制电路；高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，其中一组单刀双掷开关电路连接基站，其输出端连接下行功放电路的输入端，输入端连接上行低噪放电路的输出端；另一组单刀双掷开关电路连接接收天线，其输入端连接下行功放电路的输出端，输出端连接上行低噪放电路的输入端；同步控制电路的控制信号输出端分别连接每组单刀双掷开关电路。该专利不能很好地适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路应用中。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路。

根据本发明提供的一种适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，包括：第一级放大器单元、第一滤波单元、级间匹配单元以及第二级放大器单元；所述第一级放大器单元包括：第一级放大器芯片，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1以及电感L3；所述第一级放大器芯片采用型号为ATF54143的芯片；所述第一级放大器单元输入端与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端与电感L1的一端、第一级放大器芯片的第三端口相连；所述电感L1的另一端与电容C1的一端、电阻R1 的一端、电阻R2的一端相连；所述电阻R1的另一端接地；所述电阻R2的另一端和电阻R3的一端、第一电源相连；所述电阻R3的另外一端与电容C2的一端、电感L3的一端相连；所述电容C2的另一端接地；所述L3的另外一端和第一级放大器芯片的第一端口、第一级放大器单元的输出端口相连；所述第一级放大器芯片的第二端口、第一级放大器芯片的第四端口接地；所述第一级放大器单元的输出端和第一滤波单元输入端相连；所述第一滤波单元的输出端与级间匹配单元的输入端相连；所述级间匹配单元的输出端与第二级放大器单元的输入端相连；所述第二级放大器单元包括：第二级放大器芯片、电容C6、电容C11、电感L5；所述第二级放大器单元的输入端与第二级放大器芯片第六端口相连；所述第二级放大器单元第二端口、第二级放大器单元第四端口、第二级放大器单元第五端口接地；所述第二级放大器芯片第一端口与第一电源、电感L5的一端、电容C6的一端相连；所述电容C6的另一端接地；所述电感L5的另一端和电容C11的一端、第二级放大器芯片第三端口相连；所述电容C11的另一端和第二级放大器单元的输出端相连；所述二级放大器芯片采用型号为ASL226的芯片。

优选地，所述第一滤波单元包括：第一滤波芯片、电容C4；所述第一滤波芯片第一端口、第一滤波芯片第三端口、第一滤波芯片第四端口、第一滤波芯片第六端口接地；所述第一滤波芯片第二端口和电容C4的一端相连；所述电容C4的另一端与第一滤波单元输入端相连；所述第一滤波芯片第五端口和第一滤波单元输出端相连。

优选地，所述第一滤波芯片采用型号TA1584A的芯片。

优选地，所述级间匹配单元包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电感L2、电感L4以及电容C5；所述级间匹配单元输入端和电阻R4的一端、电阻R5的一端相连；所述电阻 R5的另一端接地；所述电阻R4的另一端和电阻R6的一端、电感L2的一端、电容C5的一端相连；所述电感L2的另一端接地；所述电容C5的另一端与电感L4的一端相连；电感L4的另一端和级间匹配单元输出端相连。

优选地，还包括：偏置电路单元；所述偏置电路单元包括：偏置电路芯片、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电感L6以及双向瞬态抑制二极管U5；所述双向瞬态抑制二极管U5的一端、电感L6的一端与第二电源相连；所述双向瞬态抑制二极管U5的另一端接地；所述电感L6的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、偏置电路芯片第一端口、偏置电路芯片第三端口的一端相连；所述偏置电路芯片第五端口与电容C9的一端、电容C10的一端、第一电源相连；所述偏置电路芯片第二端口、电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端接地。

优选地，所述偏置电路芯片采用型号为LP5907-3V芯片。

优选地，还包括：最小噪声系数匹配单元、天线单元；所述最小噪声系数匹配单元和天线单元、第一级放大器单元分别相连。

优选地，还包括：输出阻抗匹配单元；所述输出阻抗匹配单元和第二级放大器单元相连。

优选地，还包括：第二滤波单元；所述第二滤波单元和输出阻抗匹配单元相连；所述第二滤波单元采用型号为TA0682A的芯片。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过级联的方式针对北斗二代频段，在满足增益的同时依然保持低噪声，输入、输出驻波比低等要求的低噪放射频前端电路。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的电路原理示意图。

图2为本发明的系统框架示意图。

图3为本发明实施例中的仿真电路示意图。

图4为本发明实施例中的仿真结果示意图。

图5为本发明实施例中的级间匹配电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图5所示，根据本发明提供的一种适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，包括：第一级放大器单元、第一滤波单元、级间匹配单元以及第二级放大器单元；所述第一级放大器单元包括：第一级放大器芯片，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1以及电感L3；所述第一级放大器芯片采用型号为ATF54143 的芯片；所述第一级放大器单元输入端与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端与电感L1的一端、第一级放大器芯片的第三端口相连；所述电感L1的另一端与电容C1 的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端相连；所述电阻R1的另一端接地；所述电阻 R2的另一端和电阻R3的一端、第一电源相连；所述电阻R3的另外一端与电容C2的一端、电感L3的一端相连；所述电容C2的另一端接地；所述L3的另外一端和第一级放大器芯片的第一端口、第一级放大器单元的输出端口相连；所述第一级放大器芯片的第二端口、第一级放大器芯片的第四端口接地；所述第一级放大器单元的输出端和第一滤波单元输入端相连；所述第一滤波单元的输出端与级间匹配单元的输入端相连；所述级间匹配单元的输出端与第二级放大器单元的输入端相连；所述第二级放大器单元包括：第二级放大器芯片、电容C6、电容C11、电感L5；所述第二级放大器单元的输入端与第二级放大器芯片第六端口相连；所述第二级放大器单元第二端口、第二级放大器单元第四端口、第二级放大器单元第五端口接地；所述第二级放大器芯片第一端口与第一电源、电感L5的一端、电容C6的一端相连；所述电容C6的另一端接地；所述电感L5的另一端和电容C11的一端、第二级放大器芯片第三端口相连；所述电容C11的另一端和第二级放大器单元的输出端相连；所述二级放大器芯片采用型号为ASL226的芯片。

通过ATF54143和ASL226级联的方式达到设计要求，整个系统无论是仿真还是实测结果，在满足增益的同时依然保持低噪声，输入、输出驻波比低等要求，相比现有方案有了质的提升。

如图2所示，具体地，在一个实施例中，一款用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，主要用于北斗二代的B1频段B3频段，不同频段所选用的低噪放芯片是一致的，唯一的差别在于后端所选用的滤波器。其中低噪声放大器采用两级级联的方式，第一级采用一种增强型的E-PHEMT管ATF54143，工作频率0.45GHz10GHz，具有线性度好、噪声系数低的特点。第二级采用ASL226，ASL226是基于E-PHEMT的具有高增益、低噪声的宽带低噪声放大器。在1575MHz时，3V供电的情况下，最高增益达30.5dB。滤波器为声表滤波器，B1频段选用的型号为TA1584A,B3频段选用的型号为TA0682A。

第一级放大器单元选用Agilent的ATF-54143芯片、第二级放大器单元采用ASB公司的ASL226、B1频段选用的型号为TA1584A的中国台湾嘉硕声表滤波器,B3频段选用的型号为 TA0682A的中国台湾嘉硕声表滤波器、偏置电路选用TILP5907-3V芯片。

低噪放上一级馈电电压为5V,而本次涉及所要用到的芯片供电电压为3V，所以需要一块低压差线性稳压器LP5907-3V将5V直流电压改为3V供电，5V电源信号经过LP5907-3V后转为3V直流电源信号，转而给ATF54143芯片以及ASL226芯片供电。射频信号从 RFIN输入端输入，经过ATF-54143芯片放大后流入声表滤波器滤波随后再流入ASL226芯片放大，最后从RFOUT端输出。

优选地，所述第一滤波单元包括：第一滤波芯片、电容C4；所述第一滤波芯片第一端口、第一滤波芯片第三端口、第一滤波芯片第四端口、第一滤波芯片第六端口接地；所述第一滤波芯片第二端口和电容C4的一端相连；所述电容C4的另一端与第一滤波单元输入端相连；所述第一滤波芯片第五端口和第一滤波单元输出端相连。

优选地，所述第一滤波芯片采用型号TA1584A的芯片。

优选地，所述级间匹配单元包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电感L2、电感L4以及电容C5；所述级间匹配单元输入端和电阻R4的一端、电阻R5的一端相连；所述电阻 R5的另一端接地；所述电阻R4的另一端和电阻R6的一端、电感L2的一端、电容C5的一端相连；所述电感L2的另一端接地；所述电容C5的另一端与电感L4的一端相连；电感L4的另一端和级间匹配单元输出端相连。

优选地，还包括：偏置电路单元；所述偏置电路单元包括：偏置电路芯片、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电感L6以及双向瞬态抑制二极管U5；所述双向瞬态抑制二极管U5的一端、电感L6的一端与第二电源相连；所述双向瞬态抑制二极管U5的另一端接地；所述电感L6的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、偏置电路芯片第一端口、偏置电路芯片第三端口的一端相连；所述偏置电路芯片第五端口与电容C9的一端、电容C10的一端、第一电源相连；所述偏置电路芯片第二端口、电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端接地。

优选地，所述偏置电路芯片采用型号为LP5907-3V芯片。

优选地，还包括：最小噪声系数匹配单元、天线单元；所述最小噪声系数匹配单元和天线单元、第一级放大器单元分别相连。

优选地，还包括：输出阻抗匹配单元；所述输出阻抗匹配单元和第二级放大器单元相连。

优选地，还包括：第二滤波单元；所述第二滤波单元和输出阻抗匹配单元相连；所述第二滤波单元采用型号为TA0682A的芯片。

Agilent ATF-54143为天线馈电点下来的第一级低噪放芯片。此款芯片为安捷伦科技公司一款高动态范围，低噪音的一个4引脚SC-70(SOT-343)封装的芯片。高增益、高线性度和低噪音的组合使ATF-54143成为450MHz至6GHz频率范围低噪放的理想选择。

对于多级放大器而言，噪声系数为

式中，NF_n为第n级放大器的噪声系数，G_n为第n级放大器的增益

可见，级联放大器的噪声系数主要受到第一级放大器噪声系数的影响，所以本次二级放大电路设计的主要思路为第一级尽可能获得较低的噪声系数，第二级获得较大的增益。

本次设计为了达到ATF-54143的最佳噪声系数，根据匹配电路设计原理，借助Smith 圆图，设计出ATF54143输入、输出阻抗匹配，偏置电路，进行了仿真优化设计。选用软件为业内权威的主流高频仿真软件ADS2009。图3图4分别为ADS仿真图和仿真结果。

在采用晶体管放大电路中，必须选择合适的偏置电路为晶体管提供合适的静态工作点。综合考虑到噪声系数和放大增益，偏置电流选为VDS＝3V，IDS＝600mA。

级间匹配电路如下图5所示，由一个π衰减电路和LC滤波电路组成。π衰减电路预留，由于电阻对于高频信号会有衰减作用，所以预留一个π衰减电路用于对增益的衰减以达到保护后级电路的作用。

ASB公司ASL226②用于GPS接收器低噪声的第二级LNA。它具有低噪声，高增益和高线性度频率范围广，最高可达6GHz。该放大器采用SOT-363封装和严格的DC，RF和可靠性测试。本次设计在芯片参考手册中选用的参考设计和参考指标如下：

获取测试结果为：BD B1频点(1561MHz)下的增益为27.9dB。噪声系数：BD B1频点(1561MHz)下的噪声系数为0.98dB。通过ATF54143和ASL226级联的方式达到设计要求，整个系统无论是仿真还是实测结果，在满足增益的同时依然保持低噪声，输入、输出驻波比低等要求，相比现有方案有了质的提升。

本发明通过级联的方式针对北斗二代频段，在满足增益的同时依然保持低噪声，输入、输出驻波比低等要求的低噪放射频前端电路。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，包括：第一级放大器单元、第一滤波单元、级间匹配单元以及第二级放大器单元；

所述第一级放大器单元包括：第一级放大器芯片，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1以及电感L3；

所述第一级放大器芯片采用型号为ATF54143的芯片；

所述第一级放大器单元输入端与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端与电感L1的一端、第一级放大器芯片第三端口相连；

所述电感L1的另一端与电容C1的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端相连；

所述电阻R1的另一端接地；

所述电阻R2的另一端和电阻R3的一端、第一电源相连；

所述电阻R3的另外一端与电容C2的一端、电感L3的一端相连；

所述电容C2的另一端接地；

所述L3的另外一端和第一级放大器芯片的第一端口、第一级放大器单元的输出端相连；

所述第一级放大器芯片的第二端口、第一级放大器芯片的第四端口接地；

所述第一级放大器单元的输出端和第一滤波单元输入端相连；

所述第一滤波单元的输出端与级间匹配单元的输入端相连；

所述级间匹配单元的输出端与第二级放大器单元的输入端相连；

所述第二级放大器单元包括：第二级放大器芯片、电容C6、电容C11、电感L5；

所述第二级放大器单元的输入端与第二级放大器芯片第六端口相连；

所述第二级放大器单元第二端口、第二级放大器单元第四端口、第二级放大器单元第五端口接地；

所述第二级放大器芯片第一端口与第一电源、电感L5的一端、电容C6的一端相连；

所述电容C6的另一端接地；

所述电感L5的另一端和电容C11的一端、第二级放大器芯片第三端口相连；

所述电容C11的另一端和第二级放大器单元的输出端相连；

所述二级放大器芯片采用型号为ASL226的芯片。

2.根据权利要求1所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，所述第一滤波单元包括：第一滤波芯片、电容C4；

所述第一滤波芯片第一端口、第一滤波芯片第三端口、第一滤波芯片第四端口、第一滤波芯片第六端口接地；

所述第一滤波芯片第二端口和电容C4的一端相连；

所述电容C4的另一端与第一滤波单元输入端相连；

所述第一滤波芯片第五端口和第一滤波单元输出端相连。

3.根据权利要求2所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，所述第一滤波芯片采用型号TA1584A的芯片。

4.根据权利要求1所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，所述级间匹配单元包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电感L2、电感L4以及电容C5；

所述级间匹配单元输入端和电阻R4的一端、电阻R5的一端相连；

所述电阻R5的另一端接地；

所述电阻R4的另一端和电阻R6的一端、电感L2的一端、电容C5的一端相连；

所述电感L2的另一端接地；

所述电容C5的另一端与电感L4的一端相连；

电感L4的另一端和级间匹配单元输出端相连。

5.根据权利要求1所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，还包括：偏置电路单元；

所述偏置电路单元包括：偏置电路芯片、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电感L6以及双向瞬态抑制二极管U5；

所述双向瞬态抑制二极管U5的一端、电感L6的一端与第二电源相连；

所述双向瞬态抑制二极管U5的另一端接地；

所述电感L6的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、偏置电路芯片第一端口、偏置电路芯片第三端口的一端相连；

所述偏置电路芯片第五端口与电容C9的一端、电容C10的一端、第一电源相连；

所述偏置电路芯片第二端口、电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，所述偏置电路芯片采用型号为LP5907-3V芯片。

7.根据权利要求1所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，还包括：最小噪声系数匹配单元、天线单元；

所述最小噪声系数匹配单元和天线单元、第一级放大器单元分别相连。

8.根据权利要求1所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，还包括：输出阻抗匹配单元；

所述输出阻抗匹配单元和第二级放大器单元相连。

9.根据权利要求1所述的适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，还包括：第二滤波单元；

所述第二滤波单元和输出阻抗匹配单元相连；

所述第二滤波单元采用型号为TA0682A的芯片。

10.一种适用于北斗二代频段的低噪放射频前端电路，其特征在于，包括：第一级放大器单元、第一滤波单元、级间匹配单元以及第二级放大器单元；

所述第一级放大器单元包括：第一级放大器芯片，电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1以及电感L3；

所述第一级放大器芯片采用型号为ATF54143的芯片；

所述第一级放大器单元输入端与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端与电感L1的一端、第一级放大器芯片第三端口相连；

所述电感L1的另一端与电容C1的一端、电阻R1的一端、电阻R2的一端相连；

所述电阻R1的另一端接地；

所述电阻R2的另一端和电阻R3的一端、第一电源相连；

所述电阻R3的另外一端与电容C2的一端、电感L3的一端相连；

所述电容C2的另一端接地；

所述L3的另外一端和第一级放大器芯片的第一端口、第一级放大器单元的输出端相连；

所述第一级放大器芯片的第二端口、第一级放大器芯片的第四端口接地；

所述第一级放大器单元的输出端和第一滤波单元输入端相连；

所述第一滤波单元的输出端与级间匹配单元的输入端相连；

所述级间匹配单元的输出端与第二级放大器单元的输入端相连；

所述第二级放大器单元包括：第二级放大器芯片、电容C6、电容C11、电感L5；

所述第二级放大器单元的输入端与第二级放大器芯片第六端口相连；

所述第二级放大器单元第二端口、第二级放大器单元第四端口、第二级放大器单元第五端口接地；

所述第二级放大器芯片第一端口与第一电源、电感L5的一端、电容C6的一端相连；

所述电容C6的另一端接地；

所述电感L5的另一端和电容C11的一端、第二级放大器芯片第三端口相连；

所述电容C11的另一端和第二级放大器单元的输出端相连；

所述二级放大器芯片采用型号为ASL226的芯片

所述第一滤波单元包括：第一滤波芯片、电容C4；

所述第一滤波芯片第一端口、第一滤波芯片第三端口、第一滤波芯片第四端口、第一滤波芯片第六端口接地；

所述第一滤波芯片第二端口和电容C4的一端相连；

所述电容C4的另一端与第一滤波单元输入端相连；

所述第一滤波芯片第五端口和第一滤波单元输出端相连

所述第一滤波芯片采用型号TA1584A的芯片

所述级间匹配单元包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电感L2、电感L4以及电容C5；

所述级间匹配单元输入端和电阻R4的一端、电阻R5的一端相连；

所述电阻R5的另一端接地；

所述电阻R4的另一端和电阻R6的一端、电感L2的一端、电容C5的一端相连；

所述电感L2的另一端接地；

所述电容C5的另一端与电感L4的一端相连；

电感L4的另一端和级间匹配单元输出端相连

还包括：偏置电路单元；

所述偏置电路单元包括：偏置电路芯片、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电感L6以及双向瞬态抑制二极管U5；

所述双向瞬态抑制二极管U5的一端、电感L6的一端与第二电源相连；

所述双向瞬态抑制二极管U5的另一端接地；

所述电感L6的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、偏置电路芯片第一端口、偏置电路芯片第三端口的一端相连；

所述偏置电路芯片第五端口与电容C9的一端、电容C10的一端、第一电源相连；

所述偏置电路芯片第二端口、电容C9的另一端、电容C10的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端接地

所述偏置电路芯片采用型号为LP5907-3V芯片

还包括：最小噪声系数匹配单元、天线单元；

所述最小噪声系数匹配单元和天线单元、第一级放大器单元分别相连

还包括：输出阻抗匹配单元；

所述输出阻抗匹配单元和第二级放大器单元相连

还包括：第二滤波单元；

所述第二滤波单元和输出阻抗匹配单元相连；

所述第二滤波单元采用型号为TA0682A的芯片。

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