CN107547055A - 低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪声放大器，涉及太赫兹电路技术领域，包括放大电路、输入电路、输出电路、输入偏置电路、输出偏置电路和RC并联电路；输入电路的输出端分别连接放大电路的输入端和输入偏置电路的一端，输入偏置电路的另一端连接Vg加电端，放大电路的输出端连接RC并联电路的一端，RC并联电路的另一端分别连接输出电路的输入端和输出偏置电路的一端，输出偏置电路的另一端连接Vd加电端。本设计中的放大器电路设有RC并联网络对频带外的射频信号起到抑制作用，增强放大器电路的稳定性。

Description

低噪声放大器

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种低噪声放大器。

背景技术

广义太赫兹波频段为100GHz到10THz。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。而D波段是指110到170GHz，其与太赫兹的低端频率有所重叠。

在毫米波至太赫兹频段内，包含了一些大气成分的自振频率，其中水分子和氧分子的谐振是最突出的，这些谐振使得毫米波在大气中传播时出现吸收峰值，峰值在太赫兹频段共有两个，分别在120GHz和180 GHz处。在峰值附近频段的毫米波在大气中传播时会产生严重的衰减，因此，这些频段一般用于军事需要的保密通信。在峰值之间必有相对应的“谷值”，在这些“谷”之间传播的毫米波的衰减很小，我们称之为大气“窗口”。同峰值一样，“窗口”值分别在140 GHz和220 GHz附近。同时，这些“窗口”所对应的带宽也很宽，分别为26GHz和70 GHz，意味着可以为无线通信提供很多优质的信道。

100 GHz以上频段的太赫兹频段，因其频率高、安全性好、穿透性强等独特的性质，成为可以利用的宝贵频谱资源。在各种电子通讯的接收系统中，低噪声放大器具有举足轻重的地位。但是现有磷化铟高电子迁移率晶体管器件的性能并不成熟，导致太赫兹低噪声放大器的稳定性相对较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种低噪声放大器电路，解决放大器性能差的问题，具有放大器性能稳定的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种单级低噪声放大器，包括放大电路、输入电路、输出电路、输入偏置电路、输出偏置电路和RC并联电路；

所述输入电路的输出端分别连接所述放大电路的输入端和所述输入偏置电路的一端，所述输入偏置电路的另一端连接Vg加电端，所述放大电路的输出端连接所述RC并联电路的一端，所述RC并联电路的另一端分别连接所述输出电路的输入端和所述输出偏置电路的一端，所述输出偏置电路的另一端连接Vd加电端。

优选地，所述输入电路包括输入端口、电容C1、微带线Z5和微带线Z1，所述微带线Z1和所述微带线Z5组成匹配结构，所述输入端口的一端接地，所述输入端口的另一端连接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接所述微带线Z1的一端，所述微带线Z1的另一端分别连接所述放大电路的输入端和所述输入偏置电路的一端，所述电容C1和所述微带线Z1之间设有微带线Z5。

优选地，所述输入偏置电路包括电阻R2、电阻R3、电容C4和微带线Z2，所述微带线Z2的一端分别连接所述输入电路的输出端和所述放大电路的输入端，所述微带线Z2的另一端连接所述电阻R2的一端，所述R2的另一端分别连接所述电容C4的一端和所述电阻R3的一端，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R3的另一端连接Vg加电端。

优选地，所述输入偏置电路还包括第一扇形线，所述第一扇形线设置在所述微带线Z2和所述电阻R2之间。

优选地，所述放大电路包括晶体管Q1、电感L1和电感L2，所述晶体管Q1的栅极分别连接所述输入电路的输出端和所述输入偏置电路的一端，所述晶体管Q1的源极分别连接所述电感L1的一端和所述电感L2的一端，所述电感L1的另一端和所述电感L2的另一端分别接地，所述晶体管Q1的漏极连接所述RC并联电路的一端。

优选地，所述RC并联电路包括电阻R1和电容C2，所述电阻R1的一端分别连接所述电容C2的一端和所述放大电路的输出端，所述电阻R1的另一端分别连接所述电容C2的另一端、所述输出偏置电路的一端和所述输出电路的输入端。

优选地，所述输出电路包括输出端口、微带线Z6、微带线Z3和电容C5，所述微带线Z3和所述微带线Z6组成匹配结构，所述微带线Z3的一端分别连接所述RC并联电路的另一端和所述输出偏置电路的一端，所述微带线Z3的另一端连接所述电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接所述输出端口的一端，所述输出端口的另一端接地，所述电容C5和所述微带线Z3之间设有微带线Z6。

优选地，所述输出偏置电路包括电阻R4、电阻R5、微带线Z4和电容C3，所述微带线Z4的一端分别连接所述RC并联电路的另一端和所述输出电路的输入端，所述微带线Z4的另一端连接所述电阻R4的一端，所述R4的另一端分别连接所述电容C3的一端和所述电阻R5的一端，所述电容C3的另一端接地，所述电阻R5的另一端连接Vd加电端。

优选地，所述输出偏置电路还包括第二扇形线，所述第二扇形线设置在所述微带线Z4和所述电阻R4之间。

一种多级低噪声放大器，包括至少两个权利要求1至9任一项所述的低噪声放大器，第一级低噪声放大器和最后一级低噪声放大器之间的各级低噪声放大器中的前一级低噪声放大器的输出电路的输出端连接后一级低噪声放大器的输入电路的输入端，各级低噪声放大器的输入偏置电路通过第一RC串联电路连接Vg加电端，各级低噪声放大器的输出偏置电路通过第二RC串联电路连接Vd加电端。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明设计低噪声放大器电路，包括放大电路、输入电路、输出电路、输入偏置电路、输出偏置电路和RC并联电路；输入电路的输出端分别连接放大电路的输入端和输入偏置电路的一端，输入偏置电路的另一端连接Vg加电端，放大电路的输出端连接RC并联电路的一端，RC并联电路的另一端分别连接输出电路的输入端和输出偏置电路的一端，输出偏置电路的另一端连接Vd加电端。本设计中的放大器电路设有RC并联网络对频带外的射频信号起到抑制作用，增强放大器电路的稳定性。

附图说明

图1是本发明单级低噪声放大器提供一个实施例的电路图；

图2是本发明多级低噪声放大器提供一个实施例的电路图。

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，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，为本发明一个实施例的电路原理图，包括放大电路、输入电路、输出电路、输入偏置电路、输出偏置电路和RC并联电路；输入电路的输出端分别连接放大电路的输入端和输入偏置电路的一端，输入偏置电路的另一端连接Vg加电端，放大电路的输出端连接RC并联电路的一端，RC并联电路的另一端分别连接输出电路的输入端和输出偏置电路的一端，输出偏置电路的另一端连接Vd加电端。

放大器工作时，待处理信号经过输入电路传送至放大电路，放大电路对信号进行放大，放大后的信号经过输出电路输出，在对信号进行放大的过程中输入偏置电路和输出偏置电路对信号进行调节，低噪声放大器中放大电路的输出端设有的RC并联电路能够改善高频器件的不稳定性带来的振荡，避免造成电路自激，大幅度提升低噪声放大器的稳定性。同时输入偏置电路连接Vg加电端，输出偏置电路连接Vd加电端，本低噪声放大器采用双电源加电的方式，能够进行多级级联已达到不同增益输出的要求，增强低噪声放大器的适用性。

本发明的一个实施例中，输入电路包括输入端口、电容C1、微带线Z5和微带线Z1，微带线Z1和微带线Z5组成匹配结构，输入端口的一端接地，输入端口的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接微带线Z1的一端，微带线Z1的另一端分别连接放大电路的输入端和输入偏置电路的一端，电容C1和微带线Z1之间设有微带线Z5。

待处理的射频信号由输入端口进入，电容C1对待处理射频信号中的直流杂质信号进行隔离，待处理射频信号经过微带线Z1进入放大电路中，微带线Z1的设计能够增强低噪声放大器的稳定性。

本发明的一个实施例中，输入偏置电路包括电阻R2、电阻R3、电容C4和微带线Z2，微带线Z2的一端分别连接输入电路的输出端和放大电路的输入端，微带线Z2的另一端连接电阻R2的一端，R2的另一端分别连接电容C4的一端和电阻R3的一端，电容C4的另一端接地，电阻R3的另一端连接Vg加电端，输入偏置电路还包括第一扇形线，第一扇形线设置在微带线Z2和电阻R2之间。

输入偏置电路中电阻和电容构成有耗滤波网络，达到对加电电压进行滤波的效果，同时增强放大器的稳定性。输入偏置电路通过微带线Z2接入输入电路，微带线Z2选用λ/4波长的微带线，经λ/4变换后在微带线线连接处对射频信号开路，从而达到对偏置电流馈电、对射频信号扼流的目的。扇形线和旁路电容C4相当于对频带内的射频信号短路，偏置电路的RC网络对频带外的射频信号起到抑制作用。

本发明的一个实施例中，放大电路包括晶体管Q1、电感L1和电感L2，晶体管Q1的栅极分别连接输入电路的输出端和输入偏置电路的一端，晶体管Q1的源极分别连接电感L1的一端和电感L2的一端，电感L1的另一端和电感L2的另一端分别接地，晶体管Q1的漏极连接RC并联电路的一端。

待处理射频信号进入放大电路后，晶体管Q1对射频信号进行放大处理，放大后的射频信号由晶体管Q1的漏级输出。

本发明的一个实施例中，RC并联电路包括电阻R1和电容C2，电阻R1的一端分别连接电容C2的一端和放大电路的输出端，电阻R1的另一端分别连接电容C2的另一端、输出偏置电路的一端和输出电路的输入端。

RC并联网络能够提高电路的稳定性，在超高频频段，在噪声和增益允许的情况下适当的增加电阻是一个简单易行的办法，RC网络的电阻、电容具体的取值则利用仿真软件进行仿真计算得出。在增加了RC网络之后，电路可以达到绝对稳定，但是增益和噪声都相对恶化，最大可用增益比只加偏置结构增益降低了约2dB。最小噪声系数比只加偏置结构恶化了约0.15dB。虽然增益降低较多，但是可以通过增加级联电路个数来改善增益输出。该电路为低噪声放大器，在D波段电路的稳定性是一个十分棘手的问题，相比使电路达到绝对稳定，最大可用增益和最小噪声系数的恶化在可以接受的范围之内，所以该方法可行。

本发明的一个实施例中，输出电路包括输出端口、微带线Z6、微带线Z3和电容C5，微带线Z3和微带线Z6组成匹配结构，微带线Z3的一端分别连接RC并联电路的另一端和输出偏置电路的一端，微带线Z3的另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端连接输出端口的一端，输出端口的另一端接地，电容C5和微带线Z3之间设有微带线Z6。

完成放大的射频信号经过输出电路的输出端口输出，电容C5为输出隔直电容，对射频信号中的直流杂质信号进行隔离，使输出的射频信号更加纯净。输出电路中的微带线Z3能够增强低噪声放大器的稳定性。

本发明的一个实施例中，输出偏置电路包括电阻R4、电阻R5、微带线Z4和电容C3，微带线Z4的一端分别连接RC并联电路的另一端和输出电路的输入端，微带线Z4的另一端连接电阻R4的一端，R4的另一端分别连接电容C3的一端和电阻R5的一端，电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接Vd加电端，输出偏置电路还包括第二扇形线，第二扇形线设置在微带线Z4和电阻R4之间。

输出偏置电路中电阻和电容构成有耗滤波网络，达到对加电电压进行滤波的效果，同时增强放大器的稳定性。输出偏置电路通过微带线Z4接入输出电路，微带线Z4选用λ/4波长的微带线，经λ/4变换后在微带线线连接处对射频信号开路，从而达到对偏置电流馈电、对射频信号扼流的目的。扇形线和旁路电容C3相当于对频带内的射频信号短路，偏置电路的RC网络对频带外的射频信号起到抑制作用。

如图2所示，为本发明多级低噪声放大器提供一个实施例的电路图。由于单级低噪声放大器采用双电源的加电方式，因此可以进行多级级联，多级低噪声放大器包括至少两个单级低噪声放大器，第一级低噪声放大器和最后一级低噪声放大器之间的各级低噪声放大器中的前一级低噪声放大器的输出电路的输出端连接后一级低噪声放大器的输入电路的输入端，各级低噪声放大器的输入偏置电路通过第一RC串联电路连接Vg加电端，各级低噪声放大器的输出偏置电路通过第二RC串联电路连接Vd加电端。

本实施例为4级低噪声放大器，射频信号由第一级的输入端口进入，分别经过第一级放大器、第二级放大器、第三极放大器和第四级放大器，最后经过四级放大的信号由第四级放大器的输出端输出，四级放大增益效果增加，达到要求的增益。每个单级低噪声放大器中均设有RC并联电路，因此可大大提高多级低噪声放大器的稳定性。

由于单级低噪声放大器采用双电源的加电方式，可以进行多级级联，因此可根据实际增益要求设计多级低噪声放大器中使用单级低噪声放大器的个数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单级低噪声放大器，其特征在于，包括放大电路、输入电路、输出电路、输入偏置电路、输出偏置电路和RC并联电路；

所述输入电路的输出端分别连接所述放大电路的输入端和所述输入偏置电路的一端，所述输入偏置电路的另一端连接Vg加电端，所述放大电路的输出端连接所述RC并联电路的一端，所述RC并联电路的另一端分别连接所述输出电路的输入端和所述输出偏置电路的一端，所述输出偏置电路的另一端连接Vd加电端。

2.根据权利要求1所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述输入电路包括输入端口、电容C1、微带线Z5和微带线Z1，所述微带线Z1和所述微带线Z5组成匹配结构，所述输入端口的一端接地，所述输入端口的另一端连接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接所述微带线Z1的一端，所述微带线Z1的另一端分别连接所述放大电路的输入端和所述输入偏置电路的一端，所述电容C1和所述微带线Z1之间设有微带线Z5。

3.根据权利要求1所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述输入偏置电路包括电阻R2、电阻R3、电容C4和微带线Z2，所述微带线Z2的一端分别连接所述输入电路的输出端和所述放大电路的输入端，所述微带线Z2的另一端连接所述电阻R2的一端，所述R2的另一端分别连接所述电容C4的一端和所述电阻R3的一端，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R3的另一端连接Vg加电端。

4.根据权利要求3所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述输入偏置电路还包括第一扇形线，所述第一扇形线设置在所述微带线Z2和所述电阻R2之间。

5.根据权利要求1所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述放大电路包括晶体管Q1、电感L1和电感L2，所述晶体管Q1的栅极分别连接所述输入电路的输出端和所述输入偏置电路的一端，所述晶体管Q1的源极分别连接所述电感L1的一端和所述电感L2的一端，所述电感L1的另一端和所述电感L2的另一端分别接地，所述晶体管Q1的漏极连接所述RC并联电路的一端。

6.根据权利要求1所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述RC并联电路包括电阻R1和电容C2，所述电阻R1的一端分别连接所述电容C2的一端和所述放大电路的输出端，所述电阻R1的另一端分别连接所述电容C2的另一端、所述输出偏置电路的一端和所述输出电路的输入端。

7.根据权利要求1所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述输出电路包括输出端口、微带线Z6、微带线Z3和电容C5，所述微带线Z3和所述微带线Z6组成匹配结构，所述微带线Z3的一端分别连接所述RC并联电路的另一端和所述输出偏置电路的一端，所述微带线Z3的另一端连接所述电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接所述输出端口的一端，所述输出端口的另一端接地，所述电容C5和所述微带线Z3之间设有微带线Z6。

8.根据权利要求1所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述输出偏置电路包括电阻R4、电阻R5、微带线Z4和电容C3，所述微带线Z4的一端分别连接所述RC并联电路的另一端和所述输出电路的输入端，所述微带线Z4的另一端连接所述电阻R4的一端，所述R4的另一端分别连接所述电容C3的一端和所述电阻R5的一端，所述电容C3的另一端接地，所述电阻R5的另一端连接Vd加电端。

9.根据权利要求8所述的单级低噪声放大器，其特征在于，所述输出偏置电路还包括第二扇形线，所述第二扇形线设置在所述微带线Z4和所述电阻R4之间。

10.一种多级低噪声放大器，其特征在于，包括至少两个权利要求1至9任一项所述的低噪声放大器，第一级低噪声放大器和最后一级低噪声放大器之间的各级低噪声放大器中的前一级低噪声放大器的输出电路的输出端连接后一级低噪声放大器的输入电路的输入端，各级低噪声放大器的输入偏置电路通过第一RC串联电路连接Vg加电端，各级低噪声放大器的输出偏置电路通过第二RC串联电路连接Vd加电端。