[实用新型]一种内置低噪声功率放大器的GPS天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种内置低噪声功率放大器的GPS天线。

背景技术

全球卫星定位系统(GPS)的通讯设备对其天线的要求能提供右手圆极化(right一handeireularpolarization)且其场型能均匀涵盖整个上半球形;圆形极化操作设计是应用在卫星通讯传播上的使用的传播方式,其对于电磁波在传送以及接收的方向上,也远比线性极化传播较无限制,再加上电磁波在电离层会产生法拉第旋转效应,使得圆形极化在近年来卫星通讯上极具重要性。GPS频段为1575.42MHz和1228MHz，其中1228MHz频段为军用，1575.42MHz频段为民用，信号为圆极化，强度为-166dbm，属于比较弱的信号，因此它需要专门的天线来接收。

低噪声放大器是一类特殊的电子放大器，主要用于通讯系统中将接收自天线的信号放大，以便于后级的电子设备处理。由于来自天线的信号一般都非常微弱，低噪音放大器一般情况下均位于非常靠近天线的部位，以减小信号通过传输线的损耗。这种“有源天线”的配置广泛应用于全球定位系统（GPS）等微波系统中，这是因为同轴电缆在微波频率范围内损耗很大。

根据有源天线对有源电路的要求：既要考虑功率放大，又要考虑噪声，应用ADS设计一款应用于GPS频段的低噪声放大器来做为天线的有源电路。在电路某一特定点上的信号功率与噪声功率之比，称为信号噪声比，简称信噪比，用符号Ps/Pn(或S/N)表示。放大器噪声系数是指放大器输入端信号噪声功率比Pis/Pin与输出端信号噪声功率比Pos/Pon的比值。理想放大器的噪声系数为1(0分贝)，其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比；设计良好的低噪声放大器的NF可达3分贝以下。噪声系数的物理含义:噪声曲线与两个主要的噪声种类有关：闪烁噪声和散粒噪声。闪烁噪声是所有线性器件固有的随机噪声,也称作1/f噪声，因为噪声振幅与频率成反比。闪烁噪声通常是频率低于200Hz时的主要噪声源,1/f角频率是指噪声大小基本相同、不受频率变化影响的起始频率。散粒噪声是指场效应管内电流波动所造成的白噪声,出现在任意频段中。信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，而与负载阻抗无关。当一个场效应管的源端所接的信号源的阻抗等于它所要求的最佳信号源阻抗时,由该场效应管构成的放大器的噪声系数最小。

输入和输出端的阻抗匹配和噪声匹配是实现高增益和低噪声的关键。现代的低噪音放大器不仅要在一个窄带范围内实现阻抗匹配，新的应用（如超宽带技术）的出现也要求其能够在非常宽的频率范围内（典型的频带宽度为3.1-10.6GHz）实现阻抗匹配和噪音匹配。

增益平坦度与电路稳定性有密切关系,当电路工作不稳定时，增益也会不平坦。稳定的放大器是一种不存在无用振荡的放大器，任何放大器电路，当其有足够的输出能量适当的相位反馈到输入端时，都会变得不稳定。增益平坦度是指功率最大增益与最小增益之差，即用G(dB)表示，它用来描述工作频带内功率增益的起伏。

基于微带天线的许多优点，例如重量轻。体积小、成本低、平面结构、可以和集成电路兼容等，微带天线获得了多种应用,并且被越来越广泛地用作移动、卫星通讯的小型移动终端天线及飞行器载天线。矩形微带天线的极化方式通常为圆极化但也能实现线极化。实现圆极化的方式可以通过采用特殊的馈电方式，一种为单点馈电，另外一种为正交双馈。因此我们需要一款内置低噪声功率放大器的GPS天线，其发明中采用单点馈电实现圆极化。

发明内容

本实用新型实施例提供了一种内置低噪声功率放大器的GPS天线，该一种内置低噪声功率放大器的GPS天线设置有辐射单元、同轴馈线、接地面、低噪声放大器及相关匹配电路，所述一种内置低噪声功率放大器的GPS天线包括两部分，一部分为低噪声放大器；另外一部分就是GPS天线。

其中，所述低噪声放大器部分放大器器件选择Aglient公司的AT4511晶体管，应用于0.1-5.1GHz的低噪声高增益放大器，低噪声功率放大器电路原理图主要包括如下部分：

其中，所述低噪声功率放大器原理图包括输入阻抗匹配电路、输出阻抗匹配电路、偏置电路和晶体管。输入匹配电路均采用微带线匹配，偏置电路是保证晶体管工作在Vce=2.7V、Ic=2mA稳定的直流工作点下。