【成功案例】使用热敏电阻NHQT202B410T5实现X波段接收机链路增益稳定

时间： 2020-03-15 来源：世强

雷达的接收机链路包含预选滤波器、低噪声放大器、移相器、下混频器等部分。当微波放大器的外部偏置条件确定时，其增益总是随着温度的升高而有所降低，继而引起整个接收机链路的增益下降，使这个系统随着温度变化而不稳定。比如ADI厂家一宽带放大器HMC565的增益曲线与温度关系如下图1所示。

图1 HMC565增益与温度关系

笔者所做的一X波段接收机项目中，需要将外接天线收集到的8-10.5GHz信号下变频至60MHz，接收前端链路如下图所示：

图2 X波段接收机前端链路

如图中2所示，为防止过大信号烧毁后级有源器件，紧接天线的器件为限幅器，然后经低噪放、数控衰减进行幅度调制后输入混频器，与本振信号进行下变频得到中频60MHz。在测试从限幅器到中频输出的变频增益时，发现变频增益在高温时会有所减小。经分析原因是LNA增益在高温时有所降低，混频器变频损耗也会略有增加。为解决变频增益跟随温度变化这一现象，常规方式有两种，一是在链路中引入温补衰减器，如EMC RFLABS公司的宽带温补衰减器WTVA系列，其特点是随着温度升高衰减值减小，补偿放大器损失的增益；二是针对一些外部偏置放大器，使用有源偏置器比如HMC980、HMC981等器件来控制放大器正负电，使任何温度下其漏极电流为一恒定值，从而保证放大器增益不受温度影响。但这两种方法缺点显而易见，方法一中无论是将稳步衰减插入到LNA前、LNA和混频器间或者中频链路中，都不可避免在链路中额外引入衰减量，降低了接收机的动态范围，恶化了噪声系数；而后者主要缺点是价格偏高，有源偏置器价格往往比低噪声放大器本身价格还要高。

接收机链路中的LNA具体型号为UMS放大器CHA3218-99F，对于此放大器的偏置电路提出一种更具性价比的方案来解决高温增益下降问题。对pHEMT类型放大器，其工作方式一般是固定漏极的正电压，通过调节栅极的负电压来调节漏极静态电流，从而保证一定的增益。UMS公司的放大器CHA3218-99F工作时，在保证漏极电压Vd为+4V时，通过调节栅极负压，保证漏极电流Id为120mA时可获得稳定增益，栅极负压典型值为-0.45V。

图3 CHA3218-99F特性

在放大器的栅极电压固定情况下，当温度升高时，会使得漏极电流降低，从而引起放大器增益下降。此时若适当提高栅源电压VG，会使更多电子进入沟道，产生更大的漏极电流，从而补偿温度降低引起的放大器增益下降。本方案具体方法是：放大器正负偏置电压都通过线性稳压器LDO给出，正压LDO输出调节电阻为常规电阻，输出电压近似于恒定值；负压LDO输出的分压电阻为一热敏电阻和常规电阻组合。实际方案中负压LDO采用LT1964，其输出电压计算方式如图4所示。

图4 负线性稳压器LT1964输出计算公式

图中R1采用常规电阻，R2采用AMPHENOL SENSORS公司的NTC（负温度系数）热敏电阻，其阻值随着温度升高而降低。实际使用中的型号为NHQT202B410T5，其封装形式为R0402,可当做普通电阻进行表贴；在温度25℃时电阻约为2kΩ，热敏指数B（25/85）为4100，即85℃时阻值约为200Ω。具体电路图如下图5所示。

图5 VG端电路图

通过引入图中电阻R3 NHQT202B410T5，使得VG端的电压随温度变化，常温25℃时VG为-0.45V，高温85℃时为-0.39V，可有效避免放大器CHA3218-99F增益下降问题。引入前后的高低温链路变频增益如下图6所示。

图6 普通电阻增益（左）和引入热敏电阻后的增益（右）

从测试数据可看出，引入热敏电阻后高温时链路的变频增益这是略微下降。另Amphenol Sensors公司下热敏电阻封装形式除C0402封装之外，还有C0603、C0805、C1206等选择，用于表贴封装的热敏电阻系列使用温度范围为-40℃-125℃，热敏指数B约为4000左右，可满足绝大部分场合使用。

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