一種低溫寬頻帶低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，包括：用于降低場效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路；其中，所述輸入匹配電路、級間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。通過采用本發(fā)明公開的放大器，不僅可以保證在低溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，而且在3.5—8GHZ的寬頻帶內(nèi)，放大器能達(dá)到25dB的增益，同時增益平坦度小于2dB，并且保證放大器的噪聲和回波損耗在寬頻帶內(nèi)足夠低。
【專利說明】一種低溫寬頻帶低噪聲放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波放大器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種低溫寬頻帶低噪聲放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]微波放大器是現(xiàn)代射頻、微波系統(tǒng)中非常重要的組成部分，而低噪聲微波放大器屬于接收設(shè)備前端的重要組成部分，它的噪聲抑制能力對接收機的整體噪聲起決定性的作用。
[0003]隨著科技的發(fā)展，低噪聲微波放大器也對更寬的頻帶和更大更平坦的增益提出了要求。特別在半導(dǎo)體量子點領(lǐng)域，尤其對于通過腔來測量量子點信號的實驗中，要求系統(tǒng)電路人在極低溫環(huán)境下工作，同時由于量子點的信號非常微弱，這時就要求放大器能盡可能的抑制噪聲并提供足夠大的增益來放大量子點信號；而且由于不同腔的諧振頻率變化很大，就需要放大器有盡可能大的帶寬。
[0004]目前的低噪聲放大器由于功耗過大，不能在低溫下工作，或者工作頻帶過窄，或者噪聲抑制能力不能達(dá)到要求，或者增益不夠等原因而不能用于量子點測量實驗中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，能夠在低溫下寬頻帶內(nèi)實現(xiàn)噪聲抑制和信號放大。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，包括:
[0008]用于降低場效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路；
[0009]其中，所述輸入匹配電路、級間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。
[0010]進(jìn)一步的，所述輸入匹配電路包括:輸入信號源、電阻R5、朗格耦合器Iangel與8個微帶線ML6-ML13 ；
[0011]其中，所述信號輸入源、微帶線ML6與朗格耦合器Iangel的I端口依次串聯(lián)，電阻R5、微帶線ML7與朗格耦合器Iangel的2端口依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的3端口與微帶線ML8串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口與微帶線ML9串聯(lián)，微帶線ML8、MLlO和MLll通過十字接口 Crossl連接在一起，微帶線ML9、ML12和ML13通過Cross2連接在一起。
[0012]進(jìn)一步的，所述級間匹配電路包括:6個偏置電路T1-T6與6個微帶線ML14-ML19 ；
[0013]其中，偏置電路Tl、微帶線ML14、偏置電路T3與偏置電路T5依次串聯(lián)，偏置電路T2、微帶線ML15、偏置電路T4與偏置電路T6依次串聯(lián)，微帶線ML14、ML16與偏置電路T3通過丁字接口 Tee3連接在一起，微帶線ML15、ML17與偏置電路T4通過Tee4連接在一起，微帶線ML18、偏置電路T3與T5通過Tee5連接在一起，微帶線ML19、偏置電路T4與T6通過Tee6連接在一起。
[0014]進(jìn)一步的，所述偏置電路用于使晶體管工作在足夠低的功耗區(qū)間上以便在低溫下也能正常工作。
[0015]進(jìn)一步的，所述偏置電路包括:4個電阻R1_R4、8個電容C1-C8、電感L1、負(fù)偏壓電壓源、正偏壓電壓源、5個微帶線ML1-ML5，以及HJ-FET晶體管；
[0016]其中，所述負(fù)偏壓電壓源、電阻Rl與R2依次串聯(lián)，電容Cl、微帶線MLl與HJ-FET晶體管的G極依次串聯(lián)；電阻R3的一端連接在電阻Rl與R2之間，另一端與電容Cl和微帶線MLl之間的Teel相連；HJ_FET晶體管D極、微帶線ML2與電容C2依次串聯(lián)，電阻R4、微帶線ML3、電感LI依次串聯(lián)，電感LI還與微帶線ML2與電容C2之間的Tee2相連，電容C5、C6、C7、C8與正偏壓電壓源依次并聯(lián)接地，電容C3與C4并聯(lián)在電阻R4與微帶線ML3之間，并接地；微帶線ML4與ML5并聯(lián)，其一端接地，另一端接HJ-FET的S極。
[0017]進(jìn)一步的，所述輸出匹配電路包括:信號輸出端、電阻R6、朗格耦合器lange2、2個扇形微帶線Stul-Stu2，以及6個微帶線ML20-ML25 ；
[0018]其中，所述扇形微帶線Stul、微帶線ML20與ML22通過Cross3連接在一起,微帶線ML22還與朗格耦合器lange2的I端口串聯(lián)；扇形微帶線Stu2、微帶線ML21與ML23通過Cross3連接在一起，微帶線ML23還與朗格耦合器lange2的2端口串聯(lián)；朗格耦合器lange2的3端口、微帶線ML24與電阻R6依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口、微帶線ML25與信號輸出端依次串聯(lián)。
[0019]進(jìn)一步的，信號輸入源與信號輸出端均采用SMA接頭。
[0020]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本方案包括輸入匹配電路、級間匹配電路和輸出匹配電路；其中，輸入匹配電路采用朗格耦合器和微帶電路匹配，能充分抑制噪聲和減小回波損耗；級間匹配電路通過HJ-FET工作點的選擇和級間微帶線匹配，使得放大器在寬頻帶內(nèi)大而平坦的增益，并且控制功耗，使其能在低溫下工作；輸出匹配電路采用朗格耦合器和微帶電路匹配，能有效減小回波損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種低溫寬頻帶低噪聲放大器的電路示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種偏置電路的電路示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例提供的放大器放大能力的實驗測量圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例提供的信號輸入源回波損耗程度的實驗測量圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例提供的信號輸出端回波損耗程度的實驗測量圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0028]實施例
[0029]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種低溫寬頻帶低噪聲放大器的電路示意圖。如圖1所示，該放大器主要包括:
[0030]用于降低場效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路；
[0031 ] 其中，所述輸入匹配電路、級間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。
[0032]進(jìn)一步的，所述輸入匹配電路包括:輸入信號源、電阻R5、朗格耦合器Iangel與8個微帶線ML6-ML13 ；
[0033]其中，所述信號輸入源、微帶線ML6與朗格耦合器Iangel的I端口依次串聯(lián)，電阻R5、微帶線ML7與朗格耦合器Iangel的2端口依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的3端口與微帶線ML8串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口與微帶線ML9串聯(lián)，微帶線ML8、MLlO和MLll通過Crossl (十字接口 )連接在一起，微帶線ML9、ML12和ML13通過Cross2連接在一起。
[0034]進(jìn)一步的，所述級間匹配電路包括:6個偏置電路T1-T6與6個微帶線ML14-ML19 ；
[0035]其中，偏置電路Tl、微帶線ML14、偏置電路T3與偏置電路T5依次串聯(lián)，偏置電路T2、微帶線ML15、偏置電路T4與偏置電路T6依次串聯(lián)，微帶線ML14、ML16與偏置電路T3通過Tee3( 丁字接口)連接在一起，微帶線ML15、ML17與偏置電路T4通過Tee4連接在一起，微帶線ML18、偏置電路T3與T5通過Tee5連接在一起，微帶線ML19、偏置電路T4與T6通過Tee6連接在一起。
[0036]進(jìn)一步的，所述偏置電路用于使晶體管工作在足夠低的功耗區(qū)間上以便在低溫下也能正常工作。
[0037]進(jìn)一步的，如圖2所示，所述偏置電路主要包括:4個電阻R1_R4、8個電容C1-C8、電感L1、負(fù)偏壓電壓源、正偏壓電壓源、5個微帶線ML1-ML5，以及異質(zhì)節(jié)場效應(yīng)晶體管(HJ-FET)；
[0038]其中，所述負(fù)偏壓電壓源、電阻Rl與R2依次串聯(lián)，電容Cl、微帶線MLl與HJ-FET晶體管的G極依次串聯(lián)；電阻R3的一端連接在電阻Rl與R2之間，另一端與電容Cl和微帶線MLl之間的Teel相連；HJ_FET晶體管D極、微帶線ML2與電容C2依次串聯(lián)，電阻R4、微帶線ML3、電感LI依次串聯(lián)，電感LI還與微帶線ML2與電容C2之間的Tee2相連，電容C5、C6、C7、C8與正偏壓電壓源依次并聯(lián)接地，電容C3與C4并聯(lián)在電阻R4與微帶線ML3之間，并接地；微帶線ML4與ML5并聯(lián)，其一端接地，另一端接HJ-FET的S極。
[0039]進(jìn)一步的，所述輸出匹配電路包括:信號輸出端、電阻R6、朗格耦合器lange2、2個扇形微帶線Stul-Stu2，以及6個微帶線ML20-ML25 ；
[0040]其中，所述扇形微帶線Stul、微帶線ML20與ML22通過Cross3連接在一起,微帶線ML22還與朗格耦合器lange2的I端口串聯(lián)；扇形微帶線Stu2、微帶線ML21與ML23通過Cross3連接在一起，微帶線ML23還與朗格耦合器lange2的2端口串聯(lián)；朗格耦合器lange2的3端口、微帶線ML24與電阻R6依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口、微帶線ML25與信號輸出端依次串聯(lián)。
[0041]本發(fā)明實施例提供的低溫寬頻帶低噪聲放大器中內(nèi)部元器件的型號可根據(jù)實際情況來選擇。示例性的，所述HJ-FET可以選用NE3503M04型號；電容元件和電感元件可以選用Murata公司0402標(biāo)準(zhǔn)封裝對應(yīng)參數(shù)的元件；電阻元件可以選用Yageo公司0402標(biāo)準(zhǔn)封裝對應(yīng)參數(shù)的金屬膜電阻；HJ-FET、電容元件、電感元件和電阻元件可以采用SMT(表面組裝技術(shù))工藝焊接固定于介質(zhì)板上，介質(zhì)板板材選用RT6002型號，介質(zhì)板尺寸為54.8*40.7mm ;同時，所述信號輸入源與信號輸出端均采用SMA接頭。
[0042]本實施實例提供的低溫寬頻帶低噪聲放大器設(shè)計工作區(qū)間可以為3.5 — 8GHZ，器件的S參數(shù):S21的測量值見圖3，Sll的測量值見圖4，S22的測量值見圖5。其中S21代表放大器的放大能力，Sll和S22分別代表放大器的信號輸入源與信號輸出端的回波損耗程度，Sll和S22均穩(wěn)定在-1OdB以下，S21穩(wěn)定在25dB以上，符合設(shè)計需求。
[0043]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，包括: 用于降低場效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路； 其中，所述輸入匹配電路、級間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述輸入匹配電路包括:輸入信號源、電阻R5、朗格耦合器Iangel與8個微帶線ML6-ML13 ； 其中，所述信號輸入源、微帶線ML6與朗格耦合器Iangel的I端口依次串聯(lián)，電阻R5、微帶線ML7與朗格耦合器Iangel的2端口依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的3端口與微帶線ML8串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口與微帶線ML9串聯(lián)，微帶線ML8、MLlO和MLll通過十字接口 Crossl連接在一起，微帶線ML9、ML12和ML13通過Cross2連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述級間匹配電路包括:6個偏置電路T1-T6與6個微帶線ML14-ML19 ； 其中，偏置電路T1、微帶線ML14、偏置電路T3與偏置電路T5依次串聯(lián)，偏置電路T2、微帶線ML15、偏置電路T4與偏置電路T6依次串聯(lián)，微帶線ML14、ML16與偏置電路T3通過丁字接口 Tee3連接在一起，微帶線ML15、ML17與偏置電路T4通過Tee4連接在一起，微帶線ML18、偏置電路T3與T5通過Tee5連接在一起，微帶線ML19、偏置電路T4與T6通過Tee6連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述偏置電路用于使晶體管工作在足夠低的功耗區(qū)間上以便在低溫下也能正常工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述偏置電路包括:4個電阻Rl-R4、8個電容C1-C8、電感L1、負(fù)偏壓電壓源、正偏壓電壓源、5個微帶線ML1-ML5，以及HJ-FET晶體管； 其中，所述負(fù)偏壓電壓源、電阻Rl與R2依次串聯(lián)，電容Cl、微帶線MLl與HJ-FET晶體管的G極依次串聯(lián)；電阻R3的一端連接在電阻Rl與R2之間，另一端與電容Cl和微帶線MLl之間的Teel相連；HJ_FET晶體管D極、微帶線ML2與電容C2依次串聯(lián)，電阻R4、微帶線ML3、電感LI依次串聯(lián)，電感LI還與微帶線ML2與電容C2之間的Tee2相連，電容C5、C6、C7、C8與正偏壓電壓源依次并聯(lián)接地，電容C3與C4并聯(lián)在電阻R4與微帶線ML3之間，并接地；微帶線ML4與ML5并聯(lián)，其一端接地，另一端接HJ-FET的S極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述輸出匹配電路包括:信號輸出端、電阻R6、朗格耦合器lange2、2個扇形微帶線Stul_Stu2，以及6個微帶線 ML20-ML25 ； 其中，所述扇形微帶線Stu1、微帶線ML20與ML22通過Cross3連接在一起，微帶線ML22還與朗格耦合器lange2的I端口串聯(lián)；扇形微帶線Stu2、微帶線ML21與ML23通過Cross3連接在一起，微帶線ML23還與朗格耦合器lange2的2端口串聯(lián)；朗格耦合器lange2的3端口、微帶線ML24與電阻R6依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口、微帶線ML25與信號輸出端依次串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，信號輸入源與信號輸出端均采用SMA接頭。
【文檔編號】H03F1/26GK104467691SQ201410735258
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】郭國平, 鄭智雄, 李海鷗, 曹剛, 肖明, 郭光燦 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)