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在射频应用场合,由于各种因素的影响,导致射频接收机从天线接收到的信号强度变化很大,需要在射频前端或变频后的中频段采用可变增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)电路来调整输出信号幅度。可变增益放大器除在射频系统中有着十分重要的作用外,还广泛应用于医疗设备、助听器、磁盘驱动等领域。国外在这方面的研究十分广泛,而国内的研究相对较少。本论文将针对如何实现放大器增益可调进行研究,并运用PIN二极管反馈方法设计一款可变增益放大器。通过在反馈支路添加电感有效的降低可变增益放大器的噪声。
论文首先系统地介绍了射频电路设计以及PIN二极管的一些基本理论知识,然后对可变增益放大器的实现方法进行研究,最后对板级实现射频可变增益放大器设计进行研究。本文的研究重点如下:
研究如何利用PIN二极管的特性实现放大器增益可调的功能。由于PIN二极管具有正向导通阻抗随偏置改变这一特性,我们将其加在放大器的反馈支路中,通过调整PIN二极管的偏置电压,实现放大器的增益可调。采用这种方法,我们成功的设计出一款基于PIN二极管的可变增益放大器,在1.95GHz情况下,其增益动态范围为21dB,符合WCDMA标准的要求。最大增益为19dB,最小噪声系数仅2.6dB,并且放大器的输入输出驻波比保持较低的水平。此外,我们发现在反馈支路中增加串联电感,能有效的改善系统的噪声,最大可降低2.4dB。
射频可变增益放大器PCB电路板的设计研究。由于信号工作频率很高,所以射频电路板布局布线不同于低频电路板的设计。我们对射频PCB电路板的板材选择、元器件布局和布线方法进行了研究。根据规则结合可变增益放大器电路的结构特点设计射频可变增益放大器PCB电路板,并运用ADS中的电磁仿真工具Momentum对PCB电路板设计进行电磁仿真,仿真结果显示电路板性能良好。最后进行制板,测试结果与仿真结果接近。