导言
宽频带低噪声扩大器（Broadband Low Noise Amplitier，BBLNA）是通讯、测控等接纳体系的要害部件，它的噪声系数、增益及频响特性等目标直接影响着接纳体系的首要功能。因而在宽频带接纳体系范畴，宽频带低噪声扩大器的规划将具有十分宽广的市场前景。各种低噪声器材的功率增益都是跟着频率的升高而下降，以每倍频程大约3~5 dB规则下降。为取得较宽又较平整的频响特性，就必须对增益滚降进行补偿。可是有意下下降频段的增益必定使输入、输出驻波比变坏，一起噪声系数也将变大。可是关于宽频带低噪声扩大器来说，一般不或许运用阻隔器来改进驻波比。别的，低噪声器材的输入、输出阻抗也随频率有较大改动，更添加了匹配电路的复杂性。虽然宽频带低噪声扩大器的电路结构有多种方法，但选用Lange耦合器规划的平衡式扩大器有噪声方面的长处，其噪声系数与单端低噪声扩大器差不多，而在规划匹配电路时，能够彻底依照最佳噪声匹配规划，不用统筹输入、输出驻波比。因而挑选平衡式电路结构来进行宽频带低噪声扩大器的规划。
1 规划原理
平衡式宽频带低噪声扩大器由两只低噪声器材和两个Lange耦合器组成，其间两支低噪声器材及其匹配电路网络彻底共同，减小了匹配电路核算的复杂性，输入、输出驻波比好，噪声小，作业频带可达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十分杰出的优势。规划思路是运用几条耦合线互相平行，使得线的两头都发生耦合然后完结紧耦合，并经过补偿相速到达改进带宽。常用的微波电路仿真软件简直都建有典型模型，以便于辅助规划。
3 规划原理
平衡式宽频带低噪声扩大器原理图见图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材扩大。因为匹配电路共同，增益G相同，传输相移皆改动180°，扩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组成后，在B4端口GP1，GP2巨细持平，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，其巨细为GP1+GP2=G（P1+P2）=GP.即在抱负状态下，平衡式宽频带低噪声扩大器的增益等于单只低噪声器材的增益。
选用平衡式电路结构具有以下长处：
（1）因为每只低噪声器材只承当一半功率扩大，则扩大器输出功率1 dB紧缩点将增大3 dB，相应动态规模也增大3 dB，三阶交调约改进6 dB.
（2）端口驻波比得到很大改进，现假定V1，V2的反射系数持平，射频信号fin由耦合器A1端口输入，等分红两部分由A2，A3端口输出，A2端口的反射功率再回到A1端口，总途径相移为-180°；A3端口的反射功率再回到A1端口，总途径相移为-360°，显着两部分反射功率巨细持平，相位相反而抵消，因而在A1端口没有反射功率。别的，V1，V2的反射功率在A4端口相叠加，需求加50 Ω匹配负载RL进行吸收。经过耦合器的移相作用，抱负情况下端口驻波比恒为1.
（3）进步了扩大器作业的安稳性，扩大器安稳性的断定条件如下：
式中：△=S11S22-S12S21，K为安稳因子。当一起满意上面三个条件时，扩大器肯定安稳。能够证明平衡式扩大器的安稳性判别系数K恒大于1. 在图2中，A1端口和B1端口理论上是无反射的，不存在因为信号源或许负载的反射或许形成的自激振动。虽然单只低噪声器材本身在低频段存在潜在不安稳性，但是只需匹配电路规划杰出，A1端口和B1端口之间便是肯定安稳的。这个特性在宽频带接纳体系中很重要，特别在天线与扩大器匹配时，作用将愈加显着。
（4）平衡扩大器最低噪声系数和单端扩大器根本相同，但在规划匹配电路时，能够彻底依照最佳噪声匹配规划，以取得抱负最小噪声匹配，不用统筹驻波比。
在窄频带低噪声扩大器中，直流偏压供电引进线的常用结构是λg/4高阻抗微带线，其终端选用扇形线或电容对高频短路，这种结构可用的作业频带最高不过 40%~50%带宽。因而在宽频带低噪声扩大器电路中，不或许再用这种方法的偏压引进线，可选用微带线中心跳线型式的偏压引进线，即把跳线焊接在微带中心轴线上，在抱负状态下微带线中心正上方空间处没有电场散布。跳线外端焊点对微带边缘的间隔至少要大于基片厚度，以确保焊接点在电场之外。因为跳线直径对电感量影响较弱，长度对电感量影响较大，需精确操控。跳线可适当脱离基片外表，以减小地板对电感量的影响。别的还需考虑电源的低频滤波和级间低频去耦电容，去耦和旁路电路要足够大，防止呈现低频振动。微带电路中的隔直电容尽量选用高Q值、高安稳温度系数、无谐振及低损耗的宽频带表贴电容，如美国DLI公司 C06系列产品。屏蔽盒体横向宽度应小于最高作业频率的半波长，以防止盒体内部空间发生波导传输效应。微带基片应坚持杰出接地，固定螺钉的数量要相对多一点，最好螺钉孔的孔壁金属化接地。调试时在盒体的上盖板内外表贴敷相应频段吸波资料，以减小空间耦合所引起的带内增益崎岖。
宽频带低噪声扩大器还需求进行电磁兼容规划，首要对进入屏蔽盒的电源线运用带馈通滤波器的穿芯%&&&&&%进行滤波，减小经过电源线所带来的串扰问题；其次需求处理好扩大器的端口匹配，确保集成到接纳体系时能兼容作业；最终还需对盒体采纳电磁屏蔽办法，减小因电磁辐射所带来的搅扰问题。在研发阶段加强电磁兼容作业，有利于产品经过相应规范电磁兼容测验。
4 规划实例仿真
依据某使命研发要求，需求规划一个作业于L/S频段的低噪声扩大器，首要技能目标包含：作业频率为1.2~2.5 GHz;P-1dB≥10 dBmW;增益G≥32 dB;噪声系数Nf≤1.1 dB;输入、输出驻波比不大于1.5.依据以往工程经历，选用两只NEC公司出产的NE42484A低噪声器材进行平衡式电路规划，此电路增益显着满意不了目标要求，需求添加一级高增益且噪声较低的带内匹配电路的扩大器，如Stanford公司出产的SAN-386内匹配晶体管。依据多级扩大器噪声核算公式：
式中：F为两级扩大器总的噪声系数，F1，F2分别为榜首、二级的噪声系数，G1，G2分别为榜首、二级的增益。经过该公式能够显着看出，级联后的噪声系数首要取决于榜首级扩大器的噪声系数，且榜首级增益越大，后级对总噪声系数的奉献就越小。
两只NE42484A场效应管的S参数尽量挑选共同，微带基片选用介电常数为9.2、厚度为1 mm的复合介质基板，运用ADS软件树立仿真电路拓扑结构，匹配电路的方法挑选微带阻抗变换型匹配法，该匹配法在方法上相当于若干条微带线彼此串联而成。依据NE42484A场效应管和SAN-386晶体管的S参数进行仿真优化规划，常用的优化方法分为随机优化和梯度优化，随机法一般用于大规模查找，梯度规律用于局域收敛。优化时可设定少数的可变参数，对扩大器的各个目标分过程进行优化，先用100~200步的随机法进行优化，后用20~30步的梯度法进行优化，一般可达最优成果。
仿真成果见图3.在1.2~2.5 GHz的作业频带内，输出功率1 dB紧缩点在器材的挑选时现已确保；带内增益在35~37 dB之间；噪声系数不大于0.8 dB;输入、输出驻波比均小于1.5.仿真剖析成果表明，采纳这种规划方案能够满意研发要求。经过仿真优化后的电路拓扑结构制作微带电路板，留意要在匹配微带线参加阻隔小岛，以便利调试时更改微带线的尺度，取得更好的功能；在电路的四周大面积附铜，并留下较密布的金属化接地过孔，增强电路的接地功能，如图 4所示。图中标有V1，V2处是待焊接的两只NE42484A场效应管，V3处是待焊接的SAN-386晶体管。
在扩大器的出产调试过程中发现有两个重要环节需求留意，一个是的加工工艺确保；另一个是供电偏置电感的调试。Lange耦合器的耦合线间需求粘结跳线，如图1所示，实验证明微带电路板镀金后选用金丝压焊工艺能够确保可靠性和精度，且耦合线问选用单根跳线或多根跳线功能目标根本不变，因而主张在实践运用时选用两根以上并行跳线以进步可靠性。假如工艺条件上无金丝焊接技能，还能够选用相同拓扑结构，挑选专业厂家出产的Lange耦合器，例如Anaren公司的小型化表贴器材。供电偏置电感需求手艺成形，调试时经过微调线圈距离来改动电感巨细，完结电路的最佳匹配，调试完结后采纳硅橡胶加固，然后进步可靠性。
在完结扩大器的调试后对所要求的各项目标进行了实践测验，在1.2~2.5 GHz的作业频带内，增益在33~35 dB之间，比仿真成果小2 dB左右；噪声系数不大于1dB，比仿真成果偏大0.2dB左右；输入、输出驻波比跟仿真成果根本共同。因而该宽频带低噪声扩大器各项目标均满意研发使命要求。
5 结语
选用Lange耦合器的宽频带特性规划平衡式宽频带低噪声扩大器，能够取得抱负的噪声匹配，不用统筹驻波比，且扩大器的可靠性和安稳性也比较好，并经过规划实例的仿真和测验成果对相应目标进行了验证。
