无线数字图像传输专用产品20235.docx

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1、无线数字图像传输滤波低噪声放大器1低噪声放大器的应用无线数字图像传输系统采用先进的COFDM调制技术、信道编解码技术、差错控制技术，并结合MPEG2视音频压缩编码技术，在高速移动环境下实现视频、语音、数据等宽带多业务的实时同步传输，具有很强的抗多径干扰能力和在有遮挡环境中的传输能力，实现在“高速运动中”“非通视条件下”高质量图像的实时传输，传输灵敏度高、移动性好、保密性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输数据的稳定性和可靠性突出等显著优点。该产品广泛泛应用于于广电、公公安、消消防、交交警、人人防应急急、城管管执法、消消防应急急、水利利防汛、电电力抢险险、铁路路抢险、海海事执法法、海监监巡查、海海关边

2、防防、码头头监控、森森林防火火、油田田防盗、军军事侦察察等，适适合城区区、海上上、山地地等多种种复杂环环境中。图像通信技技术主要要优越性性在于临临场感强强、信息量量大、准确记记录瞬间间发生的的事件、图图像信息息容易记记录、不不失真，为为指挥中中心提供供集体决决策的手手段。无线数字图图像传输输设备普普遍追求求清晰度度高、传传输距离离远、辐辐射功率率小、覆覆盖范围围大，这这就对系系统的接接收灵敏敏度提出出了更高高的要求求，我们们知道，系系统接收收灵敏度度的计算算公式如如下：S = -1744 + NF + 10BW + S/NN （11）由上式可见见，确定定系统带宽宽、解调调S/NN以后，能能有效

3、提提高灵敏敏度的关关键因素素就是降降低接收收机的噪噪声系数数，而决决定接收收机的噪噪声系数数的关键键部件就就是处于于接收机机最前端端的低噪噪声放大大器。低低噪声放放大器的的主要作作用是放放大天线线接收到到的微弱弱信号，降降低噪声声干扰，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。2低噪声声放大器器技术指指标21 噪噪声系数数噪声系数的的定义为为放大器器输入信信噪比与与输出信信噪比的的比值，即即：（2）（3）对单级放大大器而言言，其噪噪声系数数的计算算为：其中 Fmmin为为晶体管管最小噪噪声系数数，是由由放大器器的管子子本身决决定的， oppt、Rnn 和s分别别为获得得 Fminn时

4、的最最佳源反反射系数数、晶体体管等效效噪声电电阻、以以及晶体体管输入入端的源源反射系系数。对多级放大大器而言言，其噪噪声系数数的计算算为： NF=NF+(NFF-1)/G+(NFF-1)/GGG+ （44）其中NFnn为第nn级放大大器的噪噪声系数数，Gnn 为第第n级放放大器的的增益。在某些噪声声系数要要求非常常高的系系统，由由于噪声声系数很很小，用用噪声系系数表示示很不方方便，常常常用噪噪声温度度来表示示，噪声声温度与与噪声系系数的换换算关系系为： TTe = T0 ( NF 11 ) （55）其中Te 为放放大器的的噪声温温度，TT0 =229000 K，NNF为放放大器的的噪声系系数。

5、 NF(dB) = 10LLgNFF （66） 2 2 放大器器增益放大器的增增益定义义为放大大器输出出功率与与输入功功率的比比值： G=PPoutt / Pinn （77） 从从式（44）中可可见，提提高低噪噪声放大大器的增增益对降降低整机机的噪声声系数非非常有利利，但低低噪声放放大器的的增益过过高会影影响整个个接收机机的动态态范围。 所以，一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。2 3 驻波比比低噪声放大大器的输输入输出出驻波比比表征了了其输入入输出回回路的匹匹配情况况，我们们在设计计低噪声声放大器器的匹配配电路时时，输入入匹配网网络一般般为获得

6、得最小噪噪声而设设计为接接近最佳佳噪声匹匹配网络络而不是是最佳功功率匹配配网络，而而输出匹匹配网络络一般是是为获得得最大功功率和最最低驻波波比而设设计，所所以，低低噪声放放大器的的输入端端总是存存在某种种失配。这这种失配配在某些些情况下下会使系系统不稳稳定，一一般情况况下，为为了减小小放大器器输入端端失配所所引起的的端口反反射对系系统的影影响，可可用插损损很小的的隔离器器等其他他措施来来解决。2 4反射系数数由式3可知知，当s = optt 时，放放大器的的噪声系系数最小小，NFF=NFFminn ，但此此时从功功率传输输的角度度来看，输输入端是是失配的的，所以以放大器器的功率率增益会会降低，

7、但但有些时时候为了了获得最最小噪声声，适当当的牺牲牲一些增增益也低低噪声放放大器设设计中经经常采用用的一种种办法。2 5动态范围围在低噪声放放大器的的设计中中，应充充分考虑虑整个接接收机的的动态范范围，以以免在接接收机后后级造成成严重的的非线性性失真，一一般应选选择低噪噪声放大大器的输输入三阶阶交调点点IIPP3较高高一点，至至少比最最大输入入信号高高30ddB，以以免大信信号输入入时产生生非线性性失真。除以上各项项外，低低噪声放放大器的的工作频频率、工工作带宽宽及通带带内的增增益平坦坦度等指指标也很很重要，设设计时要要认真考考虑。3低噪声声放大器器设计方方法3.1 低低噪声管管选择对微波电路

8、路中应用用的低噪噪声放大大管的主主要要求求是高增增益和低低噪声以以及足够够的动态态范围，目目前双极极型低噪噪声管的的工作频频率可以以达到几几个千兆兆噪声系系数为几几个分贝贝，而砷砷化镓小小信号的的场效应应管的工工作频率率更高，噪噪声系数数可在11dB以下下。我们在选取取低噪声声放大器器管通常常可以从从以下几几个方面面进行考考虑：1） 微波波低噪声声管的噪噪声系数数足够小小，工作频频段足够够高，晶晶体管的的fT一般要要比工作作频率高高4倍以以上，现现在PHHEMTT 场效效应管的的噪声系系数在22GHzz可在00.5ddB左右右，工作作频率高高端可达达到6GGHz。 22） 微波低低噪声管管要有

9、足足够高的的增益和和高的动动态范围围,一般要要求放大大器工作作增益大大于100dB以上上, 当输输入信号号达到系系统最大大值时由由放大器器非线性性引起的的交调产产物小于于系统本本底噪声声。3.2 匹匹配电路路设计 对于单单级晶体体管放大大器的噪噪声系数数，如上上式（33）所示示，式（33）可以以化成一一个圆的的表达式式，即等等噪声系系数圆。圆圆上每一一点代表表一个能能产生恒恒定噪声声系数NNF的源源反射系系数。如如要获得得需要的的噪声系系数，只只要在圆圆图上画画出对应应于这个个噪声系系数的圆圆，然后后将源阻阻抗匹配配到这个个圆上的的一个点点就行了了。实际际设计中中由于要要兼顾到到放大器器的增益

10、益，通常常我们不不取最小小噪声系系数。在在对放大大器进行行单项化化设计时时（假定定S1220），转转移功率率增益GGT可以由由如下公公式表示示： GT=G00G1G2 其中 ， 对对于特定定的晶体体管S11、SS22是确确定的， 不同的源反反射系数数1 和负载载反射系系数22 ，可可以构成成恒定增增益圆，设设计时只只须将源源和负载载反射系系数分别别匹配到到相应的的圆上，便便能得到到相应的的增益。将将恒定增增益圆与与等噪声声系数圆圆结合起起来设计计，便能能得到比比较理想想的结果果。另外外设计中中还要注注意增益益平坦设设计主要要是高端端共轭匹匹配，低低端校正正，一般般还需在在多个中中间频率率上进行

11、行增益规规定性校校验，在在高频应应用时由由于微波波晶体管管本身的的增益一一般随着着频率的的升高而而降低，为为了保证证电路在在低频率率段的增增益恒定定和稳定定性可以以考虑在在输入输输出端采采用高通通匹配方方式。 在在以上的的讨论中中我们忽忽略了晶晶体管的的反向传传输系数数，实际际中微波波场效应应晶体管管和双极极性晶体体管都存存在内部部反馈，微微波管的的S122就表示示内部反反馈量，它它是电压压波的反反向传输输系数。SS12越大大，内部部反馈越越强，反反馈量达达到一定定强度时时，将会会引起放放大器稳稳定性变变坏，甚甚至产生生自激振振荡。微微波管的的S211代表电电压波的的正向传传输系数数，也就就是

12、放大大倍数。SS21越大大，则放放大以后后的功率率越强。在在同样的的反馈系系数S112的情情况下，SS21越大大当然反反馈的功功率也越越强，因因此S221也影影响放大大器的稳稳定性。一个微波管管的射频频绝对稳稳定条件件是 其中 K称为稳定定性判别别系数，KK大于11是稳定定状态，只只有当式式（24）中中的三个个条件都都满足时时，才能能保证放放大器是是绝对稳稳定的。实际设计时时为了保保证低噪噪声放大大器稳定定工作还还要注意意使放大大器避开开潜在不不稳定区区。 为改善微波波管自身身稳定性性，有以以下几种种方式：1）串接阻阻抗负反反馈 在在MESSFETT的源极极和地之之间串接接一个阻阻抗元件件，从

13、而而构成负负反馈电电路。对对于双极极晶体管管则是在在发射极极经反馈馈元件接接地。在在实际的的微波放放大器电电路中，电电路尺寸寸很小，外外接阻抗抗元件难难以实现现，因此此反馈元元件常用用一段微微带线来来代替，它它相当于于电感性性元件的的负反馈馈。2） 用铁氧体隔隔离器铁氧体隔离离器应该该加在天天线与放放大器之之间，假假定铁氧氧体隔离离器的正正向功率率衰减为为a，反向向功率衰衰减为b，且且a1，b1。则则 G0为加隔离离器前的的反射系系数，G为为加隔离离器后的的反射系系数。 用用以改善善稳定性性的隔离离器应该该具有的的特性是是：(1) 频带必须很很宽，要要能够覆覆盖低噪噪声放大大器不稳稳定频率率范

14、围；(2) 反向隔离度度并不要要求太高高；(3) 正向衰减只只需保证证工作频频带之内内有较小小衰减，以以免影响响整机噪噪声系数数，而工工作频带带外，则则没有要要求。(4) 隔离器本身身端口驻驻波比要要小。3）稳定衰衰减器P型阻性衰减减器是一一种简易易可行的的改善放放大器稳稳定性的的措施，通通常接在在低噪声声放大器器末级输输出口，有有时也可可以加在在低噪声声放大器器内的级级间，由由于衰减减器是阻阻型衰减减，不能能加在输输入口或或前级的的级间，以以免影响响噪声系系数。在在不少情情况下，放放大器输输出口潜潜在不稳稳定区较较大，在在输出端端加P型阻阻性衰减减器，对对改善稳稳定性相相当有效效。 3.3

15、设设计注意意事项一般对于低低噪声放放大器采采用高QQ值的电电感完成成偏置和和匹配功功能，由由于电阻阻会产生生附加的的热噪声声，放大大器的输输入端应应尽量避避免直接接连接到到偏置电电阻上。用于低噪声声放大器器的印制制板应具具有损耗耗小，易易于加工工，性质质稳定的的特点，材材料的物物理和电电气性能能均匀（特特别是介介电常数数和厚度度），同同时对材材料的表表面光洁洁度有一一定要求求，通常常我们可可以采用用以FRR-4（介介电常数数455之间）为为基片的的板材，如如电路要要求较高高可采用用以氧化化铝陶瓷瓷等材料料为基片片的微波波板材，在在PCBB布板中中则要考考虑到邻邻近相关关电路的的影响，注注意滤波

16、波、接地地和外电电路干扰扰问题设设计中要要满足电电磁兼容容设计原原则。4低噪声声放大器器仿真设设计低噪声放大大器的设设计普遍遍采用CCAD的的方法进进行仿真真，国内内较流行行的有EEESOOF、MMWOffficce AADS等等软件，相对而言Agilent 公司的ADS 功能强大、简明直观应用范围较广，一体化低噪声放大器采用了ADS进行了仿真，效果良好。5滤波低低噪声放放大器研研发低噪声放大大器应用用于无线数数字图像像传输系系统中必须解决决以下几几个问题题：第一一、经常常面临近近距离发发射，容容易损坏坏低噪声声放大器器（设计计保护电电路）。第第二、在在3000800MMHz频频率范围围内，绕

17、绕射能力力较强，但干扰也很多（设计滤波器）。第三、腔体滤波器体积太大，在低噪声放大器之前使噪声系数变差，在其后馈线供电困难（天线与馈线之间使用方案），并且可靠性降低了（设计SMD微波介质滤波器）。根据机内安装、以及连接在天线与馈线之间使用的不同，设计完成了滤波低噪声放大器。原来腔体滤滤波器加加低噪声声放大器器，接收收机灵敏敏度-992dBmm左右，使使用了滤滤波低噪噪声放大大器（噪噪声系数数小于00.6dB）以以后，接接收机灵灵敏度优优于-98dBBm。滤波低噪声声放大器器的应用用，大大大加强了了无线图图像传输输系统的的抗多径径干扰能能力和在在有遮挡挡环境中中的传输输能力，如如穿越桥桥涵、楼楼道以及及地下室室等。南京天元机机电研究究所、浙浙江正原原(m)南京京研发中中心，研研发生产产的滤波波低噪声声放大器器，专用于于无线数数字图像像传输系系统。其技术术指标如如下：工作频率：3000800MMHz通带宽度：可定制制噪声系数：0.66dB带内增益：18dBB带内波动：1.00dB驻波比：1.22带外抑制：70ddB直流供电：+5VV+112V工作温度：-40+885端口阻抗：50连接形式：SMAA或N外形尺寸：10884822