CN105680804B - K波段级间失配型低噪声放大器 - Google Patents

K波段级间失配型低噪声放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种K波段级间失配型低噪声放大器，该低噪声放大器可应用于Ka频段卫星通信系统。本发明包括：含空气过渡腔的波导探针，由两只级间失配的微波晶体管构成低噪放前级，并由有源偏置为微波晶体管提供静态偏压，低噪放后级由MMIC单片放大器构成。低噪放中的波导同轴探针转换结构包含有一个空气过渡腔，该过渡腔可扩展波同转换的工作带宽，同时可辅助探针的装配定位；两只微波晶体管之间采用非匹配设计，后级管子作为前级的负载，通过非匹配阻抗变换电路的调配使前级管子工作在最小噪声工作点；有源偏置可在高低温环境下为微波晶体管提供恒定的漏极工作电压及电流，保证其电特性稳定。

Description

K波段级间失配型低噪声放大器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，涉及应用于Ka频段卫星通信设备的低噪声放大器技术。
背景技术
目前在通信、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文等领域，低噪声放大器已经是其电子系统中接收前端必不可少的组成部分。低噪声放大器的主要功能是在引入较低的噪声的条件下放大信号，其噪声系数指标在很大程度上决定了通信系统的灵敏度。
在Ka频段的卫星通信系统中，卫星通信地面站的接收频率在20GHz；由于频率较高，电磁波传输的损耗、雨衰较大，这就对接收端低噪声放大器的噪声系数提出了较高的要求。
低噪声放大器一般要求尽可能低的噪声系数和较高的增益，可以采用分立电路或微波单片集成电路MMIC的两种方式来实现。分立电路能够实现足够低的噪声系数，但是增益低、晶体管输入输出匹配电路占用面积较大，难以实现电路的小型化；微波单片集成电路体积小、增益高，但是噪声系数较差。为了获得更好的电气性能以及尽可能的减小体积，则采用混合电路实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种级间失配型的K波段低噪声放大器，该低噪声放大器具备优秀的噪声系数，同时具有体积小、重量轻的优点。
本发明所采取的技术方案是：
K波段级间失配型低噪声放大器,包括射频放大电路和有源偏置电路；所述的射频放大电路包括输入匹配电路12、第一级微波晶体管13、非匹配阻抗变换电路14、第二级微波晶体管15、输出50欧匹配电路16、MMIC放大器17和波导同轴探针转换结构11，有源偏置电路包括第一级有源偏置电路18和第二级有源偏置电路19；输入信号进入波导同轴探针转换结构11，波导同轴探针转换结构11将输入信号的传输方式由波导传输转换为微带传输后，送至输入匹配电路12；信号经过输入匹配电路12先后进入第一级微波晶体管13和第二级微波晶体管15进行低噪声放大；第一级微波晶体管和第二级微波晶体管级间采用非匹配阻抗变换电路14互联；经过低噪声放大后的信号再通过输出50欧匹配电路16进入MMIC放大器17进行高增益放大，最后输出；第一级有源偏置电路18和第二级有源偏置电路19分别各自为第一级微波晶体管13和第二级微波晶体管15提供恒定的工作电压和电流。
其中，所述的波导同轴探针转换结构11包括波导腔21、空气过渡腔22、探针介质23和探针24；在波导腔21内有与射频放大电路容置腔25相连通的阶梯孔，阶梯孔的中心线与波导腔21的中心线相垂直，阶梯孔的宽端靠近射频放大电路容置腔25，阶梯孔的窄端靠近波导腔21；在阶梯孔的宽端处有与口径相匹配的探针介质23，阶梯孔的窄端处为空气过渡腔22；在阶梯孔内有探针24，探针24的中心线与阶梯孔的中心线相重合，直径比空气过渡腔22小，探针24穿过介质23一头伸入射频放大电路容置腔25内，一头伸入波导腔21内。
其中，探针24呈阶梯圆柱状，一头直径大一头直径小。
其中，第一级微波晶体管13和第二级微波晶体管15间搭配非匹配阻抗变换电路14，后级采用MMIC放大器17提供高增益。
其中，所述的非匹配阻抗变换电路14由纯实部阻抗的微带线和级间耦合电容组成。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、该低噪声放大器具备优秀的噪声系数。
2、具有体积小、重量轻的优点。
附图说明
图1为本发明K波段级间失配型低噪声放大器的原理框图；
图2为本发明的波导同轴探针转换结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明K波段级间失配型低噪声放大器,包括射频放大电路和有源偏置电路；所述的射频放大电路包括输入匹配电路12、第一级微波晶体管13、非匹配阻抗变换电路14、第二级微波晶体管15、输出50欧匹配电路16、MMIC放大器17和波导同轴探针转换结构11，有源偏置电路包括第一级有源偏置电路18和第二级有源偏置电路19；低噪声放大器输入端为波导同轴探针转换结构11，该部分将输入信号由波导传输模式转为微带传输模式，信号经过输入匹配电路12后进入第一级微波晶体管13和第二级微波晶体管15进行低噪声放大，第一级微波晶体管13和第二级微波晶体管15间采用非匹配阻抗变换电路14互联；经过低噪声放大后的信号再通过输出50欧匹配电路16进入MMIC放大器17进行高增益放大，最后输出；第一级有源偏置电路18和第二级有源偏置电路19分别各自为第一级微波晶体管13和第二级微波晶体管15提供恒定的工作电压和电流。
其中，所述的波导同轴探针转换结构11包括波导腔21、空气过渡腔22、探针介质23和探针24；在波导腔21内有与射频放大电路容置腔25相连通的阶梯孔，阶梯孔的中心线与波导腔21的中心线相垂直，阶梯孔的宽端靠近射频放大电路容置腔25，阶梯孔的窄端靠近波导腔21；在阶梯孔的宽端处有与口径相匹配的探针介质23，阶梯孔的窄端处为空气过渡腔22；在阶梯孔内有探针24，探针24的中心线与阶梯孔的中心线相重合，直径比空气过渡腔22小，探针24穿过介质23一头伸入射频放大电路容置腔25内，一头伸入波导腔21内，探针24呈阶梯圆柱状，一头直径大一头直径小。所述的空气过渡腔22直径相对探针介质23有所缩小，该过渡腔具有参与匹配、扩展工作频带的作用，同时可配合探针介质23进行装配定位。该波导同轴探针转换结构为一个整体，可适用于水密结构。
其中所述的两级微波晶体管级间采用非50欧匹配方式，第一级晶体管13输出端不做匹配，第二级晶体管15输入端不做匹配，两级晶体管间搭配了非匹配阻抗变换电路14。由于晶体管级间的特征阻抗不匹配，第二级晶体管会对第一级晶体管13的工作状态造成影响，通过改变两级晶体管间的非匹配阻抗变换电路14，即可对第一级晶体管13起到负载牵引效果，结合输入匹配电路12即可调节第一级微波晶体管13的工作状态。微波信号通过两级微波晶体管13、15放大后，进入MMIC单片放大器17，该MMIC放大器可提供较高的增益。
其中所述的非匹配阻抗变换电路14由纯实部阻抗的微带线和级间耦合电容组成，该电路与输入匹配电路12共同作用使第一级微波晶体管13工作在最小噪声及高增益状态。
其中所述的有源偏置电路，该电路利用利用PNP晶体管P-N节电位差恒定的特性设计微波晶体管的偏压。可在高低温下为微波管提供恒定的工作电压、电流。
采用该技术方案可实现低噪声、小体积、结构一体化的K波段低噪声放大器。

Claims (4)

1.K波段级间失配型低噪声放大器,包括射频放大电路和有源偏置电路；所述的射频放大电路包括输入匹配电路(12)、第一级微波晶体管(13)、非匹配阻抗变换电路(14)、第二级微波晶体管(15)、输出50欧匹配电路(16)和MMIC放大器(17)，有源偏置电路包括第一级有源偏置电路(18)和第二级有源偏置电路(19)；其特征在于：还包括波导同轴探针转换结构(11)；输入信号进入波导同轴探针转换结构(11)，波导同轴探针转换结构(11)将输入信号的传输方式由波导传输转换为微带传输后，发送至输入匹配电路(12)；信号经过输入匹配电路(12)先后进入第一级微波晶体管(13)和第二级微波晶体管(15)进行低噪声放大；第一级微波晶体管和第二级微波晶体管级间采用非匹配阻抗变换电路(14)互联；经过低噪声放大后的信号再通过输出50欧匹配电路(16)进入MMIC放大器(17)进行高增益放大，最后输出；第一级有源偏置电路(18)和第二级有源偏置电路(19)各自为第一级微波晶体管(13)和第二级微波晶体管(15)提供恒定的工作电压和电流；
所述的波导同轴探针转换结构(11)包括波导腔(21)、空气过渡腔(22)、探针介质(23)和探针(24)；在波导腔(21)内有与射频放大电路容置腔(25)相连通的阶梯孔，阶梯孔的中心线与波导腔(21)的中心线相垂直，阶梯孔的宽端靠近射频放大电路容置腔(25)，阶梯孔的窄端靠近波导腔(21)；在阶梯孔的宽端处有与口径相匹配的探针介质(23)，阶梯孔的窄端处为空气过渡腔(22)；在阶梯孔内有探针(24)，探针(24)的中心线与阶梯孔的中心线相重合，直径比空气过渡腔(22)小，探针(24)穿过探针介质(23)一头伸入射频放大电路容置腔(25)内，一头伸入波导腔(21)内。
2.根据权利要求1所述的K波段级间失配型低噪声放大器，其特征在于：探针(24)呈阶梯圆柱状，一头直径大一头直径小。
3.根据权利要求1所述的K波段级间失配型低噪声放大器，其特征在于：第一级微波晶体管(13)和第二级微波晶体管(15)间搭配非匹配阻抗变换电路(14)，后级采用MMIC放大器(17)提供高增益。
4.根据权利要求1所述的K波段级间失配型低噪声放大器，其特征在于：所述的非匹配阻抗变换电路(14)由纯实部阻抗的微带线和级间耦合电容组成。
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