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1. WO2020108175 - AMPLIFICATEUR À ULTRA-FAIBLE BRUIT

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说明书

发明名称

技术领域

0001  

背景技术

0002   0003  

发明概述

技术问题

0004  

技术解决方案

0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013  

有益效果

0014  

附图说明

0015   0016   0017  

本发明的实施方式

0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

附图

页1 

说明书

发明名称 : 一种超低噪声放大器

技术领域

技术领域

[0001]
本实用新型涉及射频器件,特别是涉及一种超低噪声放大器。

背景技术

背景技术

[0002]
低噪声放大器一直以来在接收机里就占据着重要的位置。在接收远距离信号及天线端接收来的微弱信号时,放大器自身的噪声会很大程度地影响接收机对有用信号的提取和处理。因此低噪声放大器的核心指标即是噪声系数。
[0003]
低噪声放大器广泛地应用于接收机前端及系统链路中。传统的低噪声放大器往往在第一级放大单元的输入端和第三级放大单元的输出端设有定向耦合器,由此导致25.5-40GHz频段的低噪声放大器噪声系数均在3dB左右及以上,且线性度普遍偏低,输出功率1dB压缩点不高于10dBm,拓扑结构与工艺选择并未达到最优,给后续的信号处理带来了一定的困难。因此现在十分有必要通过结构的优化,研制出工作在25.5-40GHz频段的更低噪声的低噪声放大器。

发明概述

技术问题

[0004]
实用新型目的:本实用新型的目的是提供一种超低噪声放大器,工作在高频特别是25.5-40GHz频段时,常温噪声系数全频段低于2dB,线性度提高,输出功率1dB压缩点高于10dBm。

技术解决方案

[0005]
本实用新型所述的超低噪声放大器,包括级联的第一级放大单元、第二级放大单元和第三级放大单元,第一级放大单元的输入端连有输入匹配网络,第三级放大单元的输出端连有输出匹配网络,相邻两级放大单元之间连有级间匹配网络,三级放大单元中均采用PHEMT管作为放大器件,其特征在于:第三级放大单元中的PHEMT管有两个,仅在第三级放大单元的输入端和输出端设有定向耦合器。
[0006]
进一步,所述设于第三级放大单元输入端的定向耦合器为第一Lange电桥LG1,设于第三级放大单元输出端的定向耦合器为第二Lange电桥LG2。这样能够实现良好的输入输出驻波比,并且能够使结构更加紧凑。
[0007]
进一步,所述第二级放大单元包括第二PHEMT管P2,第三级放大单元包括第三PHEMT管P3和第四PHEMT管P4,第二级放大单元与第三级放大单元之间的级间匹配网络包括第四电容C4,第四电容C4的一端连接第二PHEMT管P2的漏极,第四电容C4的另一端分别连接第七电感L7的一端和第一Lange电桥LG1的输入端,第七电感L7的另一端接地,第一Lange电桥LG1的直通端连接第五电容C5的一端,第五电容C5的另一端分别连接第八电感L8的一端和第三PHEMT管P3的栅极,第八电感L8的另一端接地,第一Lange电桥LG1的耦合端连接第六电容C6的一端,第六电容C6的另一端分别连接第九电感L9的一端和第四PHEMT管P4的栅极,第九电感L9的另一端接地。第二级放大单元和第三级放大单元之间设置的级间匹配网络能够提高第二级放大单元的增益,从而降低整个超低噪声放大器的噪声系数。
[0008]
进一步,所述第三级放大单元包括第三PHEMT管P3和第四PHEMT管P4,第三级放大单元输出端的输出匹配网络包括第七电容C7和第八电容C8,第七电容C7的一端连接第三PHEMT管P3的漏极,第七电容C7的另一端分别连接第十二电感L12的一端和第二Lange电桥LG2的耦合端,第十二电感L12的另一端接地,第八电容C8的一端连接第四PHEMT管P4的漏极,第八电容C8的另一端分别连接第十三电感L13的一端和第二Lange电桥LG2的直通端,第十三电感L13的另一端接地。第三级放大单元输出端设置的输出匹配网络能够调整第三级放大单元的输出阻抗,在保证超低噪声放大器增益的同时提高输出功率1dB压缩点。
[0009]
进一步,所述第一级放大单元包括第一PHEMT管P1,第二级放大单元包括第二PHEMT管P2,第一级放大单元与第二级放大单元之间的级间匹配网络包括第二电容C2,第二电容C2的一端连接第一PHEMT管P1的漏极,第二电容C2的另一端分别连接第三电容C3的一端、第四电感L4的一端和第二PHEMT管P2的栅极,第三电容C3的另一端和第四电感L4的另一端均接地。第一级放大单元和第二级放大单元之间设置的级间匹配网络能够提高第一级放大单元和第二级放大单元的增益,以保证整个超低噪声放大器的噪声系数;并且能够调整第一级放大单元的最佳源噪声阻抗点,使得在保证最佳噪声的前提下提高超低噪声放大器的输入驻波特性。
[0010]
进一步,所述第一级放大单元包括第一PHEMT管P1,第一级放大单元输入端的输入匹配网络包括第一电容C1,第一电容C1的一端作为超低噪声放大器的输入端,第一电容C1的另一端分别连接第一电感L1的一端和第一PHEMT管P1的栅极,第一电感L1的另一端接地。这样的输入匹配网络就是一个L型的高通匹配网络,对高频特别是25.5GHz以下的带外噪声具有很好的抑制作用,使用最少的元器件就能实现输入阻抗匹配,并且第一电容C1还具有隔直、防静电以及防金丝线影响的效果。
[0011]
进一步,所述第三级放大单元包括第三PHEMT管P3和第四PHEMT管P4;第三PHEMT管P3的源极连接第十电感L10的一端,第十电感L10的另一端连接第三自偏置网络,第三自偏置网络包括并联的第十一电容C11和第十七电感L17,第十一电容C11的一端和第十七电感L17的一端均连接第十电感L10的另一端,第十一电容C11的另一端和第十七电感L17的另一端均接地;第四PHEMT管P4的源极连接第十一电感L11的一端,第十一电感L11的另一端连接第四自偏置网络,第四自偏置网络包括并联的第十二电容C12和第十八电感L18,第十二电容C12的一端和第十八电感L18的一端均连接第十一电感L11的另一端,第十二电容C12的另一端和第十八电感L18的另一端均接地。
[0012]
进一步,所述第一级放大单元包括第一PHEMT管P1,第一PHEMT管P1的源极连接第二电感L2的一端,第二电感L2的另一端连接第一自偏置网络,第一自偏置网络包括并联的第九电容C9和第十五电感L15,第九电容C9的一端和第十五电感L15的一端均连接第二电感L2的另一端,第九电容C9的另一端和第十五电感L15的另一端均接地。
[0013]
进一步,所述第二级放大单元包括第二PHEMT管P2,第二PHEMT管P2的源极连接第五电感L5的一端,第五电感L5的另一端连接第二自偏置网络,第二自偏置网络包括并联的第十电容C10和第十六电感L16,第十电容C10的一端和第十六电感L16的一端均连接第五电感L5的另一端,第十电容C10的另一端和第十六电感L16的另一端均接地。

有益效果

[0014]
本实用新型公开了一种超低噪声放大器,相比于传统低噪声放大器在第一级放大单元输入端和第三级放大单元输出端加入定向耦合器的方案,本实用新型仅在第三级放大单元的输入端和输出端加入定向耦合器,这样能够解决传统低噪声放大器中普遍存在的噪声系数过高、线性度过低的问题,在高频特别是25.5-40GHz频段,本实用新型的噪声系数在2dB以下,优于现有技术中的3dB噪声系数,本实用新型的输出功率1dB压缩点在11dBm左右,高于10dBm,也优于现有技术中的不高于10dBm的输出功率1dB压缩点。

附图说明

[0015]
图1为本实用新型具体实施方式中超低噪声放大器的电路图;
[0016]
图2为本实用新型具体实施方式中超低噪声放大器的噪声系数的测试结果;
[0017]
图3为本实用新型具体实施方式中超低噪声放大器的输出功率1dB压缩点的测试结果。

本发明的实施方式

[0018]
本具体实施方式公开了一种超低噪声放大器,如图1所示,包括级联的第一级放大单元、第二级放大单元和第三级放大单元。第一级放大单元的输入端连有输入匹配网络,第三级放大单元的输出端连有输出匹配网络,相邻两级放大单元之间连有级间匹配网络,仅在第三级放大单元的输入端和输出端设有定向耦合器。本具体实施方式中的定向耦合器为第一Lange电桥LG1和第二Lange电桥LG2,也可以采用其他定向耦合器。
[0019]
如图1所示,第一级放大单元包括第一PHEMT管P1,第二级放大单元包括第二PHEMT管P2,第三级放大单元包括第三PHEMT管P3和第四PHEMT管P4。第一PHEMT管P1的漏极通过第三电感L3连接供电电源 DC1,第二PHEMT管P2的漏极通过第六电感L6连接供电电源 DC1,第三PHEMT管P3的漏极通过第十四电感L14连接供电电源 DC1,第四PHEMT管P4的漏极通过第十三电感L13连接供电电源 DC1。
[0020]
第一级放大单元输入端的输入匹配网络如图1所示,包括第一电容C1,第一电容C1的一端作为超低噪声放大器的输入端,第一电容C1的另一端分别连接第一电感L1的一端和第一PHEMT管P1的栅极,第一电感L1的另一端接地。
[0021]
第一级放大单元与第二级放大单元之间的级间匹配网络如图1所示,包括第二电容C2,第二电容C2的一端连接第一PHEMT管P1的漏极,第二电容C2的另一端分别连接第三电容C3的一端、第四电感L4的一端和第二PHEMT管P2的栅极,第三电容C3的另一端和第四电感L4的另一端均接地。
[0022]
第二级放大单元与第三级放大单元之间的级间匹配网络如图1所示,包括第四电容C4,第四电容C4的一端连接第二PHEMT管P2的漏极,第四电容C4的另一端分别连接第七电感L7的一端和第一Lange电桥LG1的输入端,第七电感L7的另一端接地,第一Lange电桥LG1的隔离端通过第一电阻R1接地,第一Lange电桥LG1的直通端连接第五电容C5的一端,第五电容C5的另一端分别连接第八电感L8的一端和第三PHEMT管P3的栅极,第八电感L8的另一端接地,第一Lange电桥LG1的耦合端连接第六电容C6的一端,第六电容C6的另一端分别连接第九电感L9的一端和第四PHEMT管P4的栅极,第九电感L9的另一端接地。
[0023]
第三级放大单元输出端的输出匹配网络如图1所示,包括第七电容C7和第八电容C8,第七电容C7的一端连接第三PHEMT管P3的漏极,第七电容C7的另一端分别连接第十二电感L12的一端和第二Lange电桥LG2的耦合端,第十二电感L12的另一端接地,第八电容C8的一端连接第四PHEMT管P4的漏极,第八电容C8的另一端分别连接第十三电感L13的一端和第二Lange电桥LG2的直通端,第十三电感L13的另一端接地。第二Lange电桥LG2的隔离端通过第二电阻R2接地,第二Lange电桥LG2的输出端作为超低噪声放大器的输出端。
[0024]
第一PHEMT管P1的源极连接第二电感L2的一端,如图1所示,第二电感L2的另一端连接第一自偏置网络,第一自偏置网络包括并联的第九电容C9和第十五电感L15,第九电容C9的一端和第十五电感L15的一端均连接第二电感L2的另一端,第九电容C9的另一端和第十五电感L15的另一端均接地。
[0025]
第二PHEMT管P2的源极连接第五电感L5的一端,如图1所示,第五电感L5的另一端连接第二自偏置网络,第二自偏置网络包括并联的第十电容C10和第十六电感L16,第十电容C10的一端和第十六电感L16的一端均连接第五电感L5的另一端,第十电容C10的另一端和第十六电感L16的另一端均接地。
[0026]
第三PHEMT管P3的源极连接第十电感L10的一端,第十电感L10的另一端连接第三自偏置网络,第三自偏置网络包括并联的第十一电容C11和第十七电感L17,第十一电容C11的一端和第十七电感L17的一端均连接第十电感L10的另一端,第十一电容C11的另一端和第十七电感L17的另一端均接地。第四PHEMT管P4的源极连接第十一电感L11的一端,第十一电感L11的另一端连接第四自偏置网络,第四自偏置网络包括并联的第十二电容C12和第十八电感L18,第十二电容C12的一端和第十八电感L18的一端均连接第十一电感L11的另一端,第十二电容C12的另一端和第十八电感L18的另一端均接地。
[0027]
图2为本实用新型具体实施方式中超低噪声放大器的噪声系数的测试结果,由图2可知,在25.5-40GHz频段的噪声系数低于2dB。图3为本实用新型具体实施方式中超低噪声放大器的输出功率1dB压缩点的测试结果,由图3可知,在25.5-40GHz频段的输出功率1dB压缩点高于10dBm。

权利要求书

[权利要求 1]
一种超低噪声放大器,包括级联的第一级放大单元、第二级放大单元和第三级放大单元,第一级放大单元的输入端连有输入匹配网络,第三级放大单元的输出端连有输出匹配网络,相邻两级放大单元之间连有级间匹配网络,三级放大单元中均采用PHEMT管作为放大器件,其特征在于:第三级放大单元中的PHEMT管有两个,仅在第三级放大单元的输入端和输出端设有定向耦合器。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述设于第三级放大单元输入端的定向耦合器为第一Lange电桥LG1,设于第三级放大单元输出端的定向耦合器为第二Lange电桥LG2。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述第二级放大单元包括第二PHEMT管P2,第三级放大单元包括第三PHEMT管P3和第四PHEMT管P4,第二级放大单元与第三级放大单元之间的级间匹配网络包括第四电容C4,第四电容C4的一端连接第二PHEMT管P2的漏极,第四电容C4的另一端分别连接第七电感L7的一端和第一Lange电桥LG1的输入端,第七电感L7的另一端接地,第一Lange电桥LG1的直通端连接第五电容C5的一端,第五电容C5的另一端分别连接第八电感L8的一端和第三PHEMT管P3的栅极,第八电感L8的另一端接地,第一Lange电桥LG1的耦合端连接第六电容C6的一端,第六电容C6的另一端分别连接第九电感L9的一端和第四PHEMT管P4的栅极,第九电感L9的另一端接地。
[权利要求 4]
根据权利要求2所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述第三级放大单元包括第三PHEMT管P3和第四PHEMT管P4,第三级放大单元输出端的输出匹配网络包括第七电容C7和第八电容C8,第七电容C7的一端连接第三PHEMT管P3的漏极,第七电容C7的另一端分别连接第十二电感L12的一端和第二Lange电桥LG2的耦合端,第十二电感L12的另一端接地,第八电容C8的一端连接第四PHEMT管P4的漏极,第八电容C8的另一端分别连接第十三电感L13的一端和第二Lange电桥LG2的直通端,第十三电感L13的另一端接地。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述第一级放大单元包括第一PHEMT管P1,第二级放大单元包括第二PHEMT管P2,第一级放大单元与第二级放大单元之间的级间匹配网络包括第二电容C2,第二电容C2的一端连接第一PHEMT管P1的漏极,第二电容C2的另一端分别连接第三电容C3的一端、第四电感L4的一端和第二PHEMT管P2的栅极,第三电容C3的另一端和第四电感L4的另一端均接地。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述第一级放大单元包括第一PHEMT管P1,第一级放大单元输入端的输入匹配网络包括第一电容C1,第一电容C1的一端作为超低噪声放大器的输入端,第一电容C1的另一端分别连接第一电感L1的一端和第一PHEMT管P1的栅极,第一电感L1的另一端接地。
[权利要求 7]
根据权利要求1所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述第三级放大单元包括第三PHEMT管P3和第四PHEMT管P4;第三PHEMT管P3的源极连接第十电感L10的一端,第十电感L10的另一端连接第三自偏置网络,第三自偏置网络包括并联的第十一电容C11和第十七电感L17,第十一电容C11的一端和第十七电感L17的一端均连接第十电感L10的另一端,第十一电容C11的另一端和第十七电感L17的另一端均接地;第四PHEMT管P4的源极连接第十一电感L11的一端,第十一电感L11的另一端连接第四自偏置网络,第四自偏置网络包括并联的第十二电容C12和第十八电感L18,第十二电容C12的一端和第十八电感L18的一端均连接第十一电感L11的另一端,第十二电容C12的另一端和第十八电感L18的另一端均接地。
[权利要求 8]
根据权利要求1所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述第一级放大单元包括第一PHEMT管P1,第一PHEMT管P1的源极连接第二电感L2的一端,第二电感L2的另一端连接第一自偏置网络,第一自偏置网络包括并联的第九电容C9和第十五电感L15,第九电容C9的一端和第十五电感L15的一端均连接第二电感L2的另一端,第九电容C9的另一端和第十五电感L15的另一端均接地。
[权利要求 9]
根据权利要求1所述的超低噪声放大器,其特征在于:所述第二级放大单元包括第二PHEMT管P2,第二PHEMT管P2的源极连接第五电感L5的一端,第五电感L5的另一端连接第二自偏置网络,第二自偏置网络包括并联的第十电容C10和第十六电感L16,第十电容C10的一端和第十六电感L16的一端均连接第五电感L5的另一端,第十电容C10的另一端和第十六电感L16的另一端均接地。

附图