本發(fā)明屬于射頻，具體涉及一種基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器。

背景技術(shù)：

1、低噪聲放大器作為射頻接收機(jī)的關(guān)鍵部件，對(duì)提升接收機(jī)靈敏度，提高信號(hào)接收距離具有重要意義，尤其對(duì)于提高無(wú)線通信信號(hào)接收質(zhì)量，減少誤碼率，增強(qiáng)信號(hào)覆蓋范圍和可靠性，對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)提高目標(biāo)檢測(cè)和追蹤精度，改善系統(tǒng)性能，對(duì)于提高射電天文射電望遠(yuǎn)鏡靈敏度，提升對(duì)宇宙微弱信號(hào)的接收能力，支持天文學(xué)研究，揭示宇宙奧秘等具有重要意義，低噪聲放大器的性能很大程度決定了接收機(jī)系統(tǒng)的整體性能。

2、寬帶接收技術(shù)在提升數(shù)據(jù)傳輸速率、增強(qiáng)信號(hào)靈敏度、支持多頻段通信、減少干擾、提高頻譜效率和靈活性方面具有重要意義。因此寬帶接收機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)系統(tǒng)和射電天文等領(lǐng)域的關(guān)鍵形式。因此，提升寬帶低噪聲放大器的性能具有重要意義。

3、目前常見(jiàn)的寬帶低噪聲放大器采用分立的電容，電感來(lái)作為輸入，級(jí)間以及輸出匹配，這使得為了達(dá)成寬帶的匹配效果匹配網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，因此引入了較大損耗，這將惡化低噪聲放大器的噪聲性能，因此，提出一種新型的低損耗寬帶匹配方法對(duì)于進(jìn)一步提升低噪聲放大器的噪聲性能具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器設(shè)計(jì)，基于超低噪聲的寬度匹配網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提升了常溫下低噪聲放大器的噪聲系數(shù)性能。在常溫下，1-2ghz頻段，等效噪聲溫度可達(dá)到10k的優(yōu)異效果，這對(duì)于提升接收機(jī)靈敏度，同時(shí)極大程度降低接收機(jī)的低溫制冷成本具有重要意義。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，包括輸入端、輸出端、寬帶微帶超低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、三級(jí)晶體管級(jí)聯(lián)放大電路和寬帶微帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，微帶超低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)以及分立電容電感的輸入作為射頻信號(hào)的輸入端，電路將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行三級(jí)晶體管放大并經(jīng)過(guò)輸出端輸出；寬帶超低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器包括直流偏置電路、兩種不同的晶體管、寬帶低噪聲匹配網(wǎng)絡(luò)、寬帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，采用引入輸入噪聲較小的雙電源供電方式使得直流偏置電路分別與晶體管的柵極(g)和漏極(d)相連接，用于提供合適的晶體管工作電壓，同時(shí)采用扼交電感阻斷射頻信號(hào)流入電源；微帶輸入匹配電路通過(guò)在以極低的損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)寬帶特性。

4、進(jìn)一步的，三級(jí)晶體管級(jí)聯(lián)放大電路包括：第一級(jí)采用性能優(yōu)異的inp晶體管以降低電路輸入噪聲，第二級(jí)以及第三級(jí)采用性能相對(duì)優(yōu)異的sige晶體管，在保證電路噪聲惡化不多的情況下，降低電路成本。

5、進(jìn)一步的，該電路供電需要四個(gè)偏壓，第一inp高電子遷移率晶體管的柵極連接到電源1上。

6、進(jìn)一步的，第二異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管和第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的柵極共同連接到電源2上。

7、進(jìn)一步的，第一inp高電子遷移率晶體管的漏極連接到電源3上。

8、進(jìn)一步的，第二異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管和第三異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的漏極共同連接到電源4上。

9、進(jìn)一步的，放大器采用三級(jí)共源結(jié)構(gòu)。

10、進(jìn)一步的，放大器第一級(jí)采用微帶階躍阻抗結(jié)構(gòu)輔助進(jìn)行最小噪聲寬帶匹配。

11、進(jìn)一步的，采用高q值的電感和電容，盡量減小無(wú)源元件引入的損耗。

12、進(jìn)一步的，放大器具體結(jié)構(gòu)為：輸入端與低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)相連，低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與transistor1?inp三極管柵極相連，transistor1?inp三極管漏極通過(guò)共源結(jié)構(gòu)級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)與transistor2?sige三極管柵極相連，transistor2?sige三極管漏極與共源輸出級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)相連，共源輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與transistor3?sige三極管柵極相連，transistor3?sige三極管漏極與寬帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)相連。

13、進(jìn)一步的，具體電路原理結(jié)構(gòu)為：輸入端rfin與超低噪聲輸入匹配階躍阻抗微帶電路，電容c1，電容c2，電感l(wèi)1連接，其中電感l(wèi)1接地，與transistor1三極管柵極連接。三極管的源極經(jīng)過(guò)電感tls接地，transistor1三極管的漏極與transistor2三極管的柵極通過(guò)電容c3，電容c4，電感l(wèi)2連接；transistor2三極管的柵極經(jīng)過(guò)電阻r1和電容c5電容c6，電感l(wèi)3與transistor3三極管的柵極連接；transistor3三極管的漏極通過(guò)電容c7，電感l(wèi)4、電阻r2以及輸出階躍阻抗寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)與輸出端rfout連接。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

15、本發(fā)明中的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器設(shè)計(jì)，相比于傳統(tǒng)的低噪聲放大器設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更寬的噪聲匹配，相比于傳統(tǒng)的分立器件匹配，輸入損耗更小，可以實(shí)現(xiàn)更好的寬帶噪聲性能。同時(shí)由于異質(zhì)晶體管的使用，可以在保證噪聲性能的同時(shí)，相對(duì)降低電路的成本，對(duì)于射電天文，深空探測(cè)等領(lǐng)域提升探測(cè)靈敏度具有重要意義，同時(shí)，由于該設(shè)計(jì)在常溫下便可以實(shí)現(xiàn)等效噪聲溫度為10k的效果，達(dá)到射電天文與深空探測(cè)的等效噪聲溫度要求，可以在常溫下達(dá)到一定距離的探測(cè)要求，對(duì)于免于使用低溫杜瓦與制冷機(jī)，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的小型化，降低接收機(jī)的制冷成本具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，包括輸入端、輸出端、寬帶微帶超低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、三級(jí)晶體管級(jí)聯(lián)放大電路和寬帶微帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，所述微帶超低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)以及分立電容電感的輸入作為射頻信號(hào)的輸入端，電路將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行三級(jí)晶體管放大并經(jīng)過(guò)所述輸出端輸出；所述寬帶超低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器包括直流偏置電路、兩種不同的晶體管、寬帶低噪聲匹配網(wǎng)絡(luò)、寬帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，采用雙電源供電方式使得直流偏置電路分別與晶體管的柵極(g)和漏極(d)相連接，同時(shí)采用扼交電感阻斷射頻信號(hào)流入電源。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，三級(jí)晶體管級(jí)聯(lián)放大電路包括：一級(jí)放大晶體管，為inp晶體管。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，三級(jí)晶體管級(jí)聯(lián)放大電路包括：二級(jí)放大晶體管和三級(jí)放大晶體管，均為sige晶體管。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，雙電源供電方式提供四個(gè)偏壓，一級(jí)放大晶體管的柵極連接到電源1上。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，二級(jí)放大晶體管和三級(jí)放大晶體管的柵極共同連接到電源2上。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，一級(jí)放大晶體管的漏極連接到電源3上。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，二級(jí)放大晶體管和三級(jí)放大晶體管的漏極共同連接到電源4上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，輸入端與輸入匹配網(wǎng)絡(luò)相連，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與一級(jí)放大晶體管柵極相連，一級(jí)放大晶體管漏極通過(guò)共源結(jié)構(gòu)級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)與二級(jí)放大晶體管柵極相連，二級(jí)放大晶體管漏極與共源輸出級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)相連，共源輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與三級(jí)放大晶體管柵極相連，三級(jí)放大晶體管漏極與寬帶輸出匹配網(wǎng)絡(luò)相連。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器，其特征在于，輸入端rfin與超低噪聲輸入匹配階躍阻抗微帶電路，電容c1，電容c2，電感l(wèi)1連接，其中電感l(wèi)1接地，與一級(jí)放大晶體管柵極連接，三極管的源極經(jīng)過(guò)電感tls接地，一級(jí)放大晶體管的漏極與二級(jí)放大晶體管的柵極通過(guò)電容c3，電容c4，電感l(wèi)2連接；二級(jí)放大晶體管的柵極經(jīng)過(guò)電阻r1和電容c5電容c6，電感l(wèi)3與三級(jí)放大晶體管的柵極連接；三級(jí)放大晶體管的漏極通過(guò)電容c7，電感l(wèi)4、電阻r2以及輸出階躍阻抗寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)與輸出端rfout連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于射頻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超低噪聲寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)低噪聲放大器。本發(fā)明輸入端與低噪聲輸入匹配網(wǎng)絡(luò)相連，采用三級(jí)共源放大結(jié)構(gòu)，一級(jí)放大晶體管采用噪聲性能優(yōu)異的InP晶體管，一級(jí)放大晶體管和三級(jí)放大晶體管采用成本較低的SiGe工藝NXP?BFU790F晶體管來(lái)提高增益，整體采用雙電源供電網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明放大器在工作頻段絕對(duì)穩(wěn)定，在常溫下L波段(1GHz?2GHz)實(shí)現(xiàn)了等效噪聲溫度平均為10K，增益為40dB，S11，S22<?10dB的良好效果。

技術(shù)研發(fā)人員：劉海文,劉文,田洪亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2