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宽频带低噪声放大器设计

发布时间:2020-07-21 17:36:35 阅读: 来源:台式机厂家

摘要:采用Lange耦合器的宽频带特性设计L/S波段平衡式低噪声放大器电路,并通过仿真设计软件对放大器的工作频带、噪声系数、增益及输入、输出驻波比等几个重要指标进行优化。最后设计的放大器在1.2~2.5 GHz频率范围内增益为33~35 dB,噪声系数不大于1 dB,输入输出驻波比小于1.5,达到了预定的技术指标要求,性能良好。关键词:宽频带;低噪声放大器;Lange耦合器;平衡式放大器0 引言 宽频带低噪声放大器(Broadband Low Noise Amplitier,BBLNA)是通信、测控等接收系统的关键部件,它的噪声系数、增益及频响特性等指标直接影响着接收系统的主要性能。因此在宽频带接收系统领域,宽频带低噪声放大器的设计将具有非常广阔的市场前景。各种低噪声器件的功率增益都是随着频率的升高而降低,以每倍频程大约3~5 dB规律下降。为获得较宽又较平坦的频响特性,就必须对增益滚降进行补偿。可是有意降低低频段的增益必然使输入、输出驻波比变坏,同时噪声系数也将变大。但是对于宽频带低噪声放大器来说,一般不可能使用隔离器来改善驻波比。另外,低噪声器件的输入、输出阻抗也随频率有较大变化,更增加了匹配电路的复杂性。尽管宽频带低噪声放大器的电路结构有多种形式,但采用Lange耦合器设计的平衡式放大器有噪声方面的优点,其噪声系数与单端低噪声放大器差不多,而在设计匹配电路时,可以完全按照最佳噪声匹配设计,不必兼顾输入、输出驻波比。因此选择平衡式电路结构来进行宽频带低噪声放大器的设计。1 设计原理 平衡式宽频带低噪声放大器由两只低噪声器件和两个Lange耦合器组成,其中两支低噪声器件及其匹配电路网络完全一致,减小了匹配电路计算的复杂性,输入、输出驻波比好,噪声小,工作频带可达1~2倍频程。2 Lange耦合器 Lange耦合器又称90°三分贝电桥,其结构示意图如图1所示,在宽频带和紧耦合特性上比其他耦合器有非常突出的优势。设计思路是利用几条耦合线彼此平行,使得线的两边都产生耦合从而实现紧耦合,并通过补偿相速达到改善带宽。常用的微波电路仿真软件几乎都建有典型模型,以便于辅助设计。

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3 设计原理 平衡式宽频带低噪声放大器原理图见图2,若输入射频信号fin的功率和相位分别为P和0°,经Lange耦合器等分为P1,P2两部分。P1相位为-90°,P2相位为-180°,分别由两只经过配对的低噪声器件放大。由于匹配电路一致,增益G相同,传输相移皆改变180°,放大后的两路信号分别为GP1,GP2,GP1相位为-270°,GP2相位为0°。两路信号再经耦合器合成后,在B4端口GP1,GP2大小相等,相位相差180°,没有功率输出;在B1端口GP1,GP2相位相同,两部分功率叠加输出fout,其大小为GP1+GP2=G(P1+P2)=GP。即在理想状态下,平衡式宽频带低噪声放大器的增益等于单只低噪声器件的增益。

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