Amplificador a bajo ruido LNA a 1.9 GHZ

LNA A 1.9 GHZ low noise amplifier

Este articulo muestra el diseño, la simulación, y el layout de un amplificador a bajo ruido (LNA), diseñado con una banda aproximada de 25 a 80 MHz. Se muestran los resultados del diseño de las redes de acople, su figura de ruido, su ganancia disponible y transducida según su modelo no lineal (TOM), la red de conexión DC, los inductores de choque y los capacitores de desacople junto con las líneas de transmisión de alta impedancia característica.

1. INTRODUCCIÓN

Un amplificador RF a bajo ruido es un dispositivo que además de amplificar una señal de alta frecuencia, no introduce demasiado ruido, manteniendo así una relación señal a ruido a la salida muy semejante a la de entrada, lo cual lo convierte en una etapa de entrada indispensable en la recepción de señales de muy baja potencia.

El diseño de este tipo de amplificadores consiste en implementar una red de acople de entrada que genere un coeficiente de reflexión de fuente muy cercano al coeficiente de reflexión óptimo, para obtener a una frecuencia determinada, la menor figura de ruido posible, manteniendo lo suficientemente alta la ganancia. Este parámetro es entregado por el fabricante del transistor utilizado, en este caso un FET NE0348. En este diseño se presupuesto una figura de ruido menor a 1 db en la banda de paso..

2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Después de medir los parámetros S del transistor, con una polarización V_DS = 3V e I_DS = 20mA, se prueba la estabilidad del transistor calculando las parámetros dados por las ecuaciones 1y 2.

​$k = frac{1-|S_{11}|^2 -|S_{22|}^2 + | Δ |^2}{2|S_{12} S_{21} |}$     (1)

​$Δ = S_{11}S_{22} - S_{12}S_{21}$     (2)

Se obtuvo así que el transistor es potencialmente inestable, por lo cual hay que asegurar que la red de acople de salida genere un coeficiente de reflexión dentro de la región de estabilidad para evitar oscilaciones inadecuadas.

Usando la carta de Smith se diseñó la red de acople de entrada acoplando la fuente al coeficiente de reflexión óptimo para el ruido.

Para la línea del stub una longitud eléctrica de 32 grados y una impedancia característica de 50 ohm, la cual se convierte lo cual se hace con dos de 100 ohm en paralelo para simetrizar y para la línea serie una longitud eléctrica de 47 grados e impedancia característica de 50 ohm. Luego se calculó el coeficiente de reflexión de salida utilizando la ecuación 3.