CN1568035A

CN1568035A - 宽带低噪声放大器器件模块装置

Info

Publication number: CN1568035A
Application number: CN 03139756
Authority: CN
Inventors: 林群; 同鸣; 侯林涛; 王文焕
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-01-19

Abstract

本发明公开了一种宽带低噪声放大器器件模块，包括输入匹配电路、源极反馈电路、ATF34143系列PHEMT管、输出匹配电路、电源电路和PCB板；输入匹配电路将接收的信号输出到ATF34143系列PHEMT管中；源极反馈电路同所述ATF34143系列PHEMT管连接；输出匹配电路接收经所述ATF34143系列PHEMT管处理的信号，并将处理后的信号输出，所述电源电路经所述输出匹配电路为所述宽带低噪声放大器器件模块提供经滤波后的电源。本发明使匹配电路与场效应管紧密结合起来，在1710MHz～1980MHz使用时，直接使用器件模块而无需进行电路的匹配与优化。具有较好的电路性能，在无线产品中有非常广的使用范围。所述器件模块有较小的结构尺寸，良好的封装形式，利于产品的大批量生产及使用。

Description

宽带低噪声放大器器件模块装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及无线通信领域中的低噪声放大器。

背景技术

低噪声放大器是无线通信产品中的一个关键器件，通常它可以应用于无线基站的接收系统、雷达接收系统、卫星通信接收系统。低噪声放大器的噪声系数关系到系统整个噪声特性的好坏；低噪声放大器的交调特性关系着接收系统的抗干扰能力；低噪声放大器的宽带集成设计关系着它是否能够灵活的应用到产品中；而且，低噪声放大器的成本关系到它的应用市场。

目前普遍应用的集成低噪声放大器器件，其基本噪声系数大于1.5dB，无法满足更低噪声要求。由于通信系统的接收灵敏度主要受低噪声放大器的噪声系数影响，在接收带宽一定时，噪声系数越低，灵敏度越高。而噪声系数是放大器的输入信噪比与输出信噪比的比值取对数，即噪声系数是放大器对信噪比的恶化量。放大器由于热噪声的存在，对信噪比的恶化是不可避免的。为了保证较低的噪声系数，放大器需选择低噪声场效应管，采用低噪声场效应管构成低噪声放大器电路，可以达到较好的噪声系数(小于0.7dB)，但是，要灵活的应用于产品设计，须对其性能接口、结构形式及封装形式进行确定，使它作为一种集成器件模块，可以灵活地表贴于电路板上。目前在1710MHz～1980MHz这个频段内，国外TYCO公司有相应的产品，但是，在噪声系数相同的情况下，TYCO公司同类产品输入驻波比为2.6，输出驻波比为1.5，众所周知，低噪声放大器为了降低噪声系数，它的输入匹配为最佳噪声匹配，所以输入驻波比就不容易达到一个较为理想的值，而输入驻波比设计不当，将会影响到该器件的使用性能，TYCO公司的产品虽然输入驻波比达到2.6，但是仍然无法很好的满足系统对于低输入驻波比的需求。而且，TYCO公司的产品成本较高，在大规模需求的情况下，经济性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是构造一种改进的宽带低噪声放大器器件模块，克服现有技术中的噪声系数低和输入、输出驻波比好不能很好兼顾的缺点，使之具有较好的输入驻波比，满足系统要求，同时降低模块成本、向下兼容。

本发明的核心思想是将宽带低噪声放大器器件模块的场效应管及其优化匹配电路集成为一体，采用表面贴装封装形式，同时保证该封装形式同TYCO公司的Q588宽带低噪声放大器器件模块结构相兼容，利于模块的替代使用。

为实现上述目的，本发明所构造的宽带低噪声放大器器件模块，包括以下部分：输入匹配电路、源极反馈电路、ATF34143系列PHEMT管、输出匹配电路、电源电路和PCB板；所述输入匹配电路接收射频输入信号，将处理后的信号输出到所述ATF34143系列PHEMT管中；所述源极反馈电路包括结构相同的第一源极电路和第二源极电路，分别同所述ATF34143系列PHEMT管的2和4相连接；所述输出匹配电路接收经所述ATF34143系列PHEMT管处理的信号，并将处理后的信号输出，所述电源电路经所述输出匹配电路为所述宽带低噪声放大器器件模块提供经滤波后的5V电源。

所述输入匹配电路进一步包括耦合电容C1、微带传输线和高Q值电感L1，射频信号经过微带传输线输入到所述耦合电容C1，所述耦合电容C1的另一段经电感L1到地。所述电感L1为高Q值电感，所述微带传输线线宽为1.4～1.5mm。

所述第一源极电路进一步包括微带传输线、形成RC并联网络的源极电阻R2和隔直旁路电容C3，所述RC并联网络一端同所述ATF34143系列PHEMT管的4相连，另一端接地；所述第二源极电路进一步包括微带传输线、形成RC并联网络的源极电阻R3和隔直旁路电容C4，所述RC并联网络一端同所述ATF34143系列PHEMT管的2相连，另一端接地；所述微带传输线线宽为0.6mm，线长度为3mm。

所述输出匹配电路包括电感L2、电容C6和微带传输线，所述电感L2一端同所述ATF34143系列PHEMT管的3相连，另一端连接所述电源电路；所述电容C6一端连接到所述ATF34143系列PHEMT管的3，另一端输出信号。所述传输微带线宽为1.4～1.5mm。

所述电源电路包括电阻R4、滤波电容C5和滤波电容C7，所述电阻R4一端同所述输出匹配电路和滤波电容C5相连接，一端接地；所述滤波电路C5另一端同电源VCC和所述滤波电容C7相连接；所述滤波电容C7另一端接地。

所述PCB板的外部连接管脚采用半切金属孔化实现；其外围尺寸小于15mm*10mm*5mm；所述PCB板为双面印制板，板材为FR4，板厚为0.8，介电常数为4.6，印制板表面镀金及涂覆阻焊膜。

由于本发明将低噪声放大器电路进行集成，能够使匹配电路与场效应管紧密结合起来，在1710MHz～1980MHz使用时，直接使用器件模块而无需进行电路的匹配与优化。同时，本发明所述的器件模块具有较好的电路性能，如低噪声系数、较好的输入输出驻波比和较高的交调点，在无线产品中有非常广的使用范围。它可以应用于1710-1785MHz的GSM无线基站及其直放站、1850-1920MHz的PHS和DECT无线基站、1920-1980MHz的W-CDMA及其直放站等通信市场；也可以应用于相应频段的雷达接收机中。

另外，本发明所述的器件模块有较小的结构尺寸，良好的封装形式，利于产品的大批量生产及使用。

附图说明

图1为本发明所述宽带低噪声放大器器件模块结构图。

图2为本发明所述宽带低噪声放大器器件模块的电路图。

图3为本发明所述宽带低噪声放大器器件模块的设计仿真图。

图4为本发明所述宽带低噪声放大器器件模块的结构例图。

图5为本发明所述宽带低噪声放大器器件模块的PCB双面例图。

图6为本发明所述宽带低噪声放大器器件模块的管脚例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述装置作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的器件模块其设计方法基本如下：

1)选择适当的晶体管和电路形式

本发明所使用的器件ATF34143系列PHEMT管主要应用于低耗的商用通信方面，其频率可以应用到VHF～6GHZ范围，封装形式为4脚的SC-70表贴封装，栅极门限宽度为800μm，能够在宽频带范围内提供低的噪声系数和高的交调点，同时能够在较低的输入阻抗下进行容易的匹配。

1)工作状态选择

放大器件的工作状态是由噪声、增益和输出电平要求来决定的。为使放大器具有最低噪声，工作点应根据最小噪声系数，并保证有足够的增益来选择最佳工作电流，工作电流选为20～40mA。

2)稳定性判断

检查稳定性系数K(源稳定系数和负载稳定系数)，增加源极负反馈，使K＞1由于实际FET为两个源极，需加两个反馈微带。

3)输入输出匹配网络

本发明选用的是集中参数电感进行匹配。本发明偏置电路为自偏置形式，无需两种电源形式。如果采用非自偏置电路，输入匹配电感可以加接负电源，这时源极需直流到地，不能加接任何电阻。

5)器件结构

器件模块为SMT安装，外部连接管脚采用半切金属孔化实现，外围尺寸小于15mm*10mm*5mm。

6)PCB板

为了防止干扰信号对LNA的影响、增加电路的稳定性，LNA低噪声放大器器件模块采用双面电路板，一面为大面积接地，PCB板材为FR4，板厚0.8mm。印制板表面镀金及涂覆阻焊膜。

根据上述考虑，本发明所述的器件模块的装置包括以下几个部分：

1)电路主要器件：AGILENT公司的ATF34143系列PHEMT管。

2)输入匹配电路：由微带传输线、耦合电容及接地电感组成。

3)源极反馈电路：两个源极分别有源极反馈电路，源极反馈电路由微带线和RC并联网络组成。

4)输出匹配电路：由微带线、电感及耦合电容组成。

5)电源电路：由微带线、电阻及两个滤波电容组成。

6)PCB板。

图2所示为宽带低噪声放大器器件模块的电路结构图，射频输入信号首先进入输入匹配电路，射频信号经过微带线加到耦合电容C1处，微带传输线线宽为1.4mm，耦合电容的另一段连接高Q值电感L1到地，电容电感串连输入匹配电路，可以使低噪声场效应管处于最佳噪声匹配，降低噪声系数。设计时，通过ADS软件进行优化仿真设计，达到噪声系数与输入驻波比的最佳。

关键器件ATF34143系列PHEMT管，主要应用于低耗的商用通信方面。频率可以应用到VHF～6GHZ范围。ATF34143的封装形式为4脚的SC-70表贴封装。栅极门限宽度为800μm，能够在宽频带范围内提供低的噪声系数和高的交调点，同时能够在较低的输入阻抗下进行容易的匹配。

源极反馈电路，主要有两个相同的源极电路组成，连接源极与反馈电路的微带线线宽及长度对电路的稳定性及输入驻波比有较敏感的影响，微带线线宽为0.6mm，线长度为3mm，源极电阻可以调整器件的静态工作电流，隔直旁路电容主要影响电路的高频稳定性。

输出匹配电路是由电感L2、电容C6和微带传输线组成的，输出传输微带线宽为1.4mm。匹配电路对放大器的增益及输出驻波比有影响，为了达到较高的增益，必须对输出匹配电路进行优化取值。

电源电路为一个电阻R4和两个滤波电容C5、C7组成。实现对5V电源的滤波功能。

该发明的PCB板材为双面印制板，板材为FR4，板厚为0.8，介电常数为4.6。

图3表示的是本发明所述器件模块的仿真设计与分析结果。在仿真分析过程中，主要采用了以下步骤：

1)S参量仿真分析：在原理图中增加S参量仿真器、VSWR、STABFACT、G、MU、MUPRIME；

2)S参量优化仿真分析：在原理图中增加优化仿真器OPTIM、优化目标GOAL。优化目标为噪声系数、驻波比、稳定性和增益。设置优化变量，并使其变化范围为±5％；

3)S参量YIELD仿真分析：在原理图中分别增加YIELD仿真器、YIELDOPTIMZATION仿真器以及YIELD SPEC。YIELD SPEC目标为噪声系数、驻波比、稳定性和增益。分别激活YIELD仿真器和YIELD OPTIMZATION仿真器，优化出达到设计目标值的最佳合格率电路。

仿真并显示结果：噪声系数小于0.6、输入驻波比小于-14dB，输出驻波比小于-14dB，稳定性大于1，增益大于13dB，在优化变量变化范围内，产品合格率为90.8％。实际测量该器件模块噪声系数小于0.7dB、增益大于12dB、OIP3大于25dBm、工作电源典型值+5V、工作电流34mA～40mA、输入驻波比小于1.5、输出驻波比小于1.5，输入输出隔离度大于16dB。

图4表示的是该发明的结构设计举例，该发明采用的是SMT形式结构，该结构成本低，无需外加封装，有利于批量生产。

图5表示的是本发明的PCB实物举例图，印制表面为镀金、涂覆阻焊膜。每个管脚为半切金属孔化。PCB反面为大面积接地。反面大面积接地利于该器件被应用时，能够良好的接地。管脚为半切金属孔化，方便器件被应用时的焊接，而且这样的设计成本很低。印制板表面镀金，降低射频电路的趋肤效应。阻容元器件采用0603封装，减少该器件的体积。

图6表示本发明的管脚设计举例图。其中包含5个接地管脚，1个射频输入管脚、1个射频输出管脚及1个+5V电源管脚。设置5个接地管脚，使器件被应用时，能够通过多个管脚与PCB相连，达到较好的屏蔽效果，使电路能稳定工作，减少自激状态的发生。本管脚配置明确，方便辨别。

本发明可以应用于：3G W-CDMA射频系统、GSM1900MHZ、GSM1800、1900MHZ CDMA及其直放站系统、以及其它相应频段的雷达接收机系统。由于它是作为器件模块应用于其他系统，既保证了噪声性能同时又便于生产加工，成本较低，有非常好的市场前景。

Claims

1、一种宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，包括输入匹配电路、源极反馈电路、ATF34143系列PHEMT管、输出匹配电路、电源电路和PCB板；所述输入匹配电路接收射频输入信号，将处理后的信号输出到所述ATF34143系列PHEMT管中；所述源极反馈电路包括结构相同的第一源极电路和第二源极电路，分别同所述ATF34143系列PHEMT管相连接；所述输出匹配电路接收经所述ATF34143系列PHEMT管处理的信号，并将处理后的信号输出，所述电源电路经所述输出匹配电路为所述宽带低噪声放大器器件模块提供经滤波后的5V电源。

2、根据权利要求1所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述输入匹配电路包括耦合电容C1、微带传输线和高Q值电感L1，射频信号经过微带传输线输入到所述耦合电容C1，所述耦合电容C1的另一段经电感L1到地。

3、根据权利要求2所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述微带传输线线宽为1.4mm~1.5mm。

4、根据权利要求2所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述电感L1为高Q值电感。

5、根据权利要求1所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述第一源极电路包括微带传输线、形成RC并联网络的源极电阻R2和隔直旁路电容C3，所述RC并联网络一端同所述ATF34143系列PHEMT管相连，另一端接地；所述第二源极电路进一步包括微带传输线、形成RC并联网络的源极电阻R3和隔直旁路电容C4，所述RC并联网络一端同所述ATF34143系列PHEMT管相连，另一端接地。

6、根据权利要求5所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述微带传输线线宽小于1.5mm，线长度小于3.0mm。

7、根据权利要求1所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述输出匹配电路包括电感L2、电容C6和微带传输线，所述电感L2一端同所述ATF34143系列PHEMT管相连，另一端连接所述电源电路；所述电容C6一端连接到所述ATF34143系列PHEMT管，另一端输出信号。

8、根据权利要求7所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述传输微带线宽为1.4mm～1.5mm。

9、根据权利要求1所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述电源电路包括电阻R4、滤波电容C5和滤波电容C7，所述电阻R4一端同所述输出匹配电路和滤波电容C5相连接，一端接地；所述滤波电路C5另一端同电源VCC和所述滤波电容C7相连接；所述滤波电容C7另一端接地。

10、根据权利要求1所述的宽带低噪声放大器器件模块，其特征在于，所述PCB板的外部连接管脚采用半切金属孔化实现；其外围尺寸小于15mm*10mm*5mm；所述PCB板为双面印制板，板材为FR4，板厚为0.8，介电常数为4.6，印制板表面镀金及涂覆阻焊膜。