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关键字：低噪声放大器 宽频带 Lange耦合器 平衡式放大器
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。
图1 Lange耦合器结构示意图
3 放大器原理
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。
图2 平衡式宽频带低噪声放大器原理图
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