航天公开课低噪声放大器分系统思维导图

卫星通信地球站中，为了保证通信信号的连续性，所安装的低噪声放大器往往为主备倒换形式

即由两只低噪声放大器及倒换开关组成放大器组合体

放大器组合体和控制单元就构成了低噪声放大器分系统，以1:1备份低噪声放大器分系统

对其的组成及控制进行讨论。1:1低噪声放大器（LNA）组合体，由两只低噪声放大器

一只波导同轴联动开关及安装附件构成，用户可按需要选择定向耦合器和隔离器等元件

为了降低馈线损耗，整个组合体一般都安装在天线后边的高频箱内

通过内部进行联动，即波导开关转换信号流向的同时，同轴开关也转换信号的流向

它的作用是使LNA-A和LNA-B两者处于互为备份状态

例如，当通信信号通过波导开关的一臂进入LNA-A

由LNA-A进行放大后经由同轴开关的一臂如隔离器1送到LNA输出端时

则测试信号就从波导开关的另一臂送到LNA-B

经放大后再通过同轴开关的另一臂如隔离器2送到测试端口输出

反之如果开关转一个方向，则通信信号从波导开关输入后就送入LNA-B进行放大，

而后经同轴开关和隔离器1送到LNA输出端口

测试信号则从波导开关送至LNA-A进行放大再经同轴开关和隔离器2送到测试输出端口

低噪声放大器分系统主备倒换控制方式有多种

从控制信号的获得方式来看，大体上可分为两大类

一类是由射频信号通道检测射频信号的有无来判断主通道是否通畅

并在此基础上控制波导—同轴联动开关向备用通道的倒换

这种方式获得的故障信息反映的是系统工作状态

另一类是直接监测低噪声放大器的工作状态

其故障信息取自放大器器件工作参数的变化，因而能直接反映放大器的工作状态

这两类倒换方式各有特点，并都得到广泛应用

主要由放大器电源、控制电路电源、控制电路、状态显示电路、故障检测电路等部分组成

它们用来为低噪声放大器提供电源及控制波导—同轴联动开关工作

从而实现主用放大器和备用放大器之间的手动电控倒换、自动倒换和故障告警等功能

控制单元一般位于室内机柜上，通过电缆和室外放大器相连

在微波低噪声场效应管放大器中，当场效应管选定以后，合理地选择、设计匹配网络按其匹配目的不同

可分为低噪声匹配网络（它使场效应管放大器具有最小的噪声系数）

高增益匹配网络（它使场效应管放大器具有最大的功率增益）

宽带匹配网络（它使场效应管放大器具有很宽的带宽）

高增益匹配网络通常是共轭匹配网络，低噪声匹配网络和宽带匹配网络通常不是共轭匹配网络

低噪声场放的第一级输入匹配网络采用低噪声匹配网络

这种匹配网络是完成Z opt 到50Ω源阻抗的变换；输出匹配网络是高增益匹配网络

它是完成Z out 到负载阻抗50Ω的变换；级间匹配网络通常是完成Z out 到Z opt 之间的变换

卫星通信的中心频率是3950MHz，带宽是500MHz，基本上属于宽带放大器

宽带匹配网络由多种结构形成，设计计算方法也多种多样

直流偏置电路的作用是提供场放工作所需的电源

直流偏置分为两类，一类是自给偏压；另一类是外给偏置，外给偏压可分为单电源和双电源

自给偏压的优点是电路简单，缺点是调整麻烦，更换管子时需重新调整偏置

外给偏置的优点是偏置稳定，同时可以采用辅助电路使偏置自动稳定适应

具有故障信息，更换管子时不需要重新调整偏置电路，其缺点是偏置复杂

因此可以根据场放使用的场合不同而选择合适的偏置方式

不管哪一种偏置方式，其偏压和偏流的供给都是通过电抗滤波器供给，而不是将电阻偏置电路直接接到管脚

要求电抗滤波器在整个频段内能阻止电源和电阻偏置电路的热噪声引入信号通道

以保证偏置电路不使低噪场放的噪声系数恶化