超導接收機前端包括高溫超導濾波器和低噪聲放大器，是高性能通信系統(tǒng)的重要部件。超導接收機前端如圖1所示。超導濾波器具有帶邊陡峭度高，帶內插損小等很多優(yōu)異的性能^[1,2]，低溫低噪聲放大器噪聲很低。在CDMA基站中安裝超導接收機前端后，能有效濾除帶外干擾信號、降低基站接收機的噪聲系數(shù)，從而降低手機發(fā)射功率，減小CDMA系統(tǒng)的掉話率、接入失敗率和誤碼率，提高基站容量和覆蓋范圍。

　　通常超導濾波器和低噪聲放大器的輸入與輸出阻抗都按照50Ω進行設計，但是低噪聲放大器的輸入阻抗無法達到50Ω的理想狀態(tài)，而超導濾波器對負載要求極為嚴格，負載阻抗的微小變化都將導致超導接收機前端整體的反射損耗性能變差，而反射損耗是接收系統(tǒng)的一個重要指標。傳統(tǒng)的解決方法是調諧濾波器，改變?yōu)V波器的輸出相位。對多數(shù)超導濾波器來說，要實現(xiàn)低溫下對每一個諧振器的調諧難度很大。
　　如果調整放大器相位使其與濾波器匹配，同樣可以改善超導接收機前端的反射損耗。本文方法的實質就是在低噪聲放大器的設計和調試中考慮相位匹配的因素，從而保證整機的性能。
1 相位調節(jié)原理及實驗
　　以一個實際的超導濾波器和放大器為例，進行分析和設計。濾波器性能如圖2所示，頻帶內的S₁₁優(yōu)于-14dB，即最劣點為-14dB。放大器的S參數(shù)隨頻率的變化很平緩地改變，在窄頻帶內放大器的S₁₁可視為不變值，此放大器的S₁₁優(yōu)于-16.6dB。下面用 |S₁₁|_Amp 代表低噪聲放大器的反射損耗分貝值，|S₁₁|_Rec代表超導接收機前端的反射損耗分貝值。把超導濾波器和放大器直接相聯(lián)時，|S₁₁|_Rec優(yōu)于-12.7dB，如圖3（2）所示?？梢娊M成的超導接收機前端的反射損耗性能變差。

?

　　計算機模擬過程是：首先，將超導濾波器和低噪聲放大器的測試數(shù)據(jù)導入Agilent ADS模擬軟件中，建立如圖1所示的超導前端模型，使模擬結果與測試結果吻合。
　　其次，在濾波器與放大器模型間插入一段移相微帶線。通過調節(jié)移相線的電長度E即可模擬放大器的S₁₁的相位變化而幅值不變。選擇 |S₁₁|_Rec的4個典型峰值處的頻點，觀察這些頻點處 |S₁₁|_Rec隨E改變的規(guī)律，如圖4所示。

　　從圖4可見806.7MHz與808.6MHz處的 |S₁₁|_Rec峰相似，并且|S₁₁|_Rec隨E改變的周期規(guī)律也相似，而816.9MHz與822.6MHz處的|S₁₁|_Rec峰值處的規(guī)律有所偏差。這是因為超導濾波器在806.7MHz和808.6MHz處的|S₁₁|_Rec峰有理想濾波器的周期規(guī)律性，而816.9MHz和822.6MHz處的|S₁₁|_Rec峰偏離了理想濾波器的周期規(guī)律性。盡管某些峰值處的規(guī)律有所偏差，但總能找到某一范圍內的E值，使得這些峰值均優(yōu)于指標要求，例如當E在100°～170°時各峰值均低于-15dB，微調E可使得|S₁₁|_Rec曲線整體均低于-15dB。這就是相位匹配的原理。
　　調節(jié)E可獲得 |S₁₁|_Rec隨放大器S₁₁相位變化的一系列曲線，圖3（1）是相位匹配最差的情況，|S₁₁|_Rec僅優(yōu)于-9.88dB。圖3（3）是匹配最好的情況，各峰值趨于相等，|S₁₁|_Rec優(yōu)于-16.26dB。匹配最優(yōu)值與最差值對應的放大器S₁₁的相位相反。
　　事實上，雖然相位匹配的作用要大于幅值的影響，但在相位合適時，還可以通過減小放大器的S₁₁的幅值進一步改善超導前端整體的反射損耗。

2 仿真分析及實驗結果
　　低噪聲放大器S₁₁的幅值對|S₁₁|_Rec的影響可做如下分析。由于低噪聲放大器S參數(shù)隨頻率呈現(xiàn)平緩變化，可以認為窄帶內各頻率點的S參數(shù)皆相同。假定分別為-15dB、-20dB、-25dB且相位為0°。表1給出了|S₁₁|_Rec隨這三種" title="三種">三種情況的變化，它們均在E為-133.7°時呈現(xiàn)出最差值。當放大器為-15dB和-20dB、E為31°時獲得最優(yōu)值；而放大器為-25dB，E為 41°獲得最優(yōu)值。然而當E為31°時，放大器為-25dB反而比-20dB時的模擬值要差，這是因為在某些峰值，-20dB的放大器反而形成了近似的共軛匹配，抵消了峰值。

　　從以上的模擬可知，只要|S₁₁|Amp達到-20dB，通過調整相位就能獲得具有很好性能的超導接收機前端。在低噪聲放大器的輸入匹配網絡" title="匹配網絡">匹配網絡中采用圖5的匹配網絡即可調節(jié)低噪聲放大器的S₁₁。圖5所示的匹配網絡分別為Γ型、Π型、T型，且均為高通網絡，對相位具有提前的作用。其對偶型低通網絡則對相位具有延遲作用。至于，采用圖5所示的高通網絡還是其對偶型低通網絡，取決于相位需要提前還是延遲。
　　在圖1的模型中，超導濾波器和低噪聲放大器之間分別插入圖5所示的三種匹配網絡，獲得了三種匹配網絡下的最優(yōu)模擬值，采用T型和Π型結構的結果略優(yōu)于采用Γ型結構，如圖6所示。因為T型和Π型結構比Γ型結構多一個可調元件，能獲得更小的S₁₁幅值。