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2015-05-07 LNA 放大器實測              2015-05-07             黎煥欣 徐嘉敏

 (以下內容為筆者於台大凝態中心白偉武老師 RFSTM 計劃執行之記錄, 本計劃已申請專利, 若要更了解其中細節, 歡迎讀者在留言板或我個人之信箱 huanhsin@ms5.hinet.net 討論, 若要具體使用, 尤其是商業應用, 請先聯絡本團隊獲得許可, 謝謝)

在 RFSTM 中, 對低雜音的需求幾乎與無線電天文所要求般嚴苛, 過去低雜音放大器單價又高又難買, 現在因 3C 無線電產品如手機, 無線網路等大量需求, 這類元件總算可以合宜的拿到. RFSTM 內所用的放大器, 我們選了 Mini-Circuit 的 PSA4-5043+, 它是一個 MMIC, 就是一個高頻混成 IC, 內部使用的增強型正壓式高速移動電子 FET (E PHEMT) 技術, 早年我用的 HEMT 是負壓, 而且是單體 FET, 要用它麻煩的要死, 現在廠商提供這類產品, 使用上就更簡單了.

它的 Noise Figure 可以低到 0.75dB, 過去 5~6dB 就可以叫 LNA 了. Gain 則是如大部份產品在 20dB 左右, 下圖是它的 datasheet 首頁:

RFSTM 因為有很多組態需要嘗試, 所以不能一開始就做完整的線路, 而必須以小單元一個個架構起來, Amp 模組是這些基本單位中的一個, 如下面的實體照片, 即為上述的 LNA 放在 AMP 小評估板上, 所有的評估板有尺寸上的安排, 讓很多板子可以連結起來.

而當一個模組做出來時, 第一個測試就是在無負載情況下測試它的工作電流, 在 Datasheet 中有標明它在 5V 的時候 Id, 也就是耗電,  大約為 56mA, 這個數字不會絕對正確, 但也不會差得太遠, 如上圖的供給夾給電, 就可以標定出它的供電電流 (電源供應器要有電流數位顯示), 如下圖的 60mA, 有一些大, 但在合理範圍內:

要測試一個 AMP, 最簡單的測試就是它的輸出入特性, 這在在追蹤產生器的頻譜分析儀很好量, 這裡用的 Advantest R3361C, 要量的是整個模組的總體特性. 所以用 50ohm 的高頻探捧是很好的選擇, 就不用再銲一個測試接頭了, 不過測試探棒也有自己的響應曲線, 在量待測物之前要先量自己的特性. 如下圖兩根探捧互相對接. 這樣就可以將探捧自己的衰減量減掉:

在探捧對接後, 因為這裡的應用以小信號為主, 所以 TG 產生的基準功率, 就設在 -50dBm, 與上面顯示的 -49dBm 就是探捧的衰減量. 這裡也可以看到在整個 0~2.6GHz 的部份, 探捧的響應曲線是很平坦的.

將探捧點放在特測模組上的輸出入端,  如下圖:

與基準線比較, 這個放大器的特性如一般放大器一樣, 在低頻 Gain 較大, 高頻較小, 在 RFSTM 一般使用的820MHz 上, 這個放大器的 Gain 大約為 19~20dB.

這是一個放大器的基本量測, 到此可以確認這個放大器 (模組) 的工作正常. 其它的特性要量測不太容易, 一般就是選擇取用 datasheet 的數字.