寬頻帶低噪聲放大器設(shè)計

摘要：采用Lange耦合器的寬頻帶特性設(shè)計L／S波段平衡式低噪聲放大器電路，并通過仿真設(shè)計軟件對放大器的工作頻帶、噪聲系數(shù)、增益及輸入、輸出駐波比等幾個重要指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。最后設(shè)計的放大器在1．2～2．5 GHz頻率范圍內(nèi)增益為33～35 dB，噪聲系數(shù)不大于1 dB，輸入輸出駐波比小于1．5，達(dá)到了預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)要求，性能良好。
關(guān)鍵詞：寬頻帶；低噪聲放大器；Lange耦合器；平衡式放大器

0 引言
寬頻帶低噪聲放大器(Broadband Low Noise Amplitier，BBLNA)是通信、測控等接收系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的噪聲系數(shù)、增益及頻響特性等指標(biāo)直接影響著接收系統(tǒng)的主要性能。因此在寬頻帶接收系統(tǒng)領(lǐng)域，寬頻帶低噪聲放大器的設(shè)計將具有非常廣闊的市場前景。各種低噪聲器件的功率增益都是隨著頻率的升高而降低，以每倍頻程大約3～5 dB規(guī)律下降。為獲得較寬又較平坦的頻響特性，就必須對增益滾降進(jìn)行補(bǔ)償。可是有意降低低頻段的增益必然使輸入、輸出駐波比變壞，同時噪聲系數(shù)也將變大。但是對于寬頻帶低噪聲放大器來說，一般不可能使用隔離器來改善駐波比。另外，低噪聲器件的輸入、輸出阻抗也隨頻率有較大變化，更增加了匹配電路的復(fù)雜性。盡管寬頻帶低噪聲放大器的電路結(jié)構(gòu)有多種形式，但采用Lange耦合器設(shè)計的平衡式放大器有噪聲方面的優(yōu)點(diǎn)，其噪聲系數(shù)與單端低噪聲放大器差不多，而在設(shè)計匹配電路時，可以完全按照最佳噪聲匹配設(shè)計，不必兼顧輸入、輸出駐波比。因此選擇平衡式電路結(jié)構(gòu)來進(jìn)行寬頻帶低噪聲放大器的設(shè)計。

1 設(shè)計原理
平衡式寬頻帶低噪聲放大器由兩只低噪聲器件和兩個Lange耦合器組成，其中兩支低噪聲器件及其匹配電路網(wǎng)絡(luò)完全一致，減小了匹配電路計算的復(fù)雜性，輸入、輸出駐波比好，噪聲小，工作頻帶可達(dá)1～2倍頻程。

2 Lange耦合器
Lange耦合器又稱90°三分貝電橋，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，在寬頻帶和緊耦合特性上比其他耦合器有非常突出的優(yōu)勢。設(shè)計思路是利用幾條耦合線彼此平行，使得線的兩邊都產(chǎn)生耦合從而實(shí)現(xiàn)緊耦合，并通過補(bǔ)償相速達(dá)到改善帶寬。常用的微波電路仿真軟件幾乎都建有典型模型，以便于輔助設(shè)計。

3 設(shè)計原理
平衡式寬頻帶低噪聲放大器原理圖見圖2，若輸入射頻信號fin的功率和相位分別為P和0°，經(jīng)Lange耦合器等分為P1，P2兩部分。P1相位為-90°，P2相位為-180°，分別由兩只經(jīng)過配對的低噪聲器件放大。由于匹配電路一致，增益G相同，傳輸相移皆改變180°，放大后的兩路信號分別為GP1，GP2，GP1相位為-270°，GP2相位為0°。兩路信號再經(jīng)耦合器合成后，在B4端口GP1，GP2大小相等，相位相差180°，沒有功率輸出；在B1端口GP1，GP2相位相同，兩部分功率疊加輸出fout，其大小為GP1+GP2=G(P1+P2)=GP。即在理想狀態(tài)下，平衡式寬頻帶低噪聲放大器的增益等于單只低噪聲器件的增益。