CN107634726A - 一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，该低噪声放大器包括两个正交的3dB耦合器、两个对称的低噪声放大器芯片、两个隔离电阻等，采用低温陶瓷共烧工艺实现，内部元件通过多层三维立体集成。本发明能使输入信号经过正交耦合器得到两路功率相等、相位相差90°的信号，再经由分枝放大器放大并在末端口经正交耦合器转变相位，最终输出同相位的信号，从而实现功率合成，具有带宽宽、输入输出驻波比小、放大器噪声系数低、体积小、重量轻、高稳定性、可大批量生产等优点，可作为单独的射频部件使用，适用于雷达通信、移动通信、遥控遥感等系统中。

Description

一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器

技术领域

本发明涉及低噪声放大器技术领域，尤其涉及一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，广泛应用于雷达通信、移动通信、遥控遥感等系统。

背景技术

随着移动通信、雷达通信等无线通信技术及军事国防电子系统的飞速发展，小型化、高性能、低成本已成为目前微波射频领域的重点发展方向，这对微波射频器件提出了更高的性能要求。低噪声放大器一般用于无线电接收机的中高频前置放大器，为了减小放大器自身的噪声，就要提高输出信噪比。描述这种部件性能的主要指标有：工作频率范围、噪声系数、增益、输入输出驻波比、增益平坦度等。

低温共烧陶瓷技术是一种电子封装技术，采用多层叠层陶瓷工艺，能将无源元件内置于介质内部，同时可将无源或有源元件表面贴装于基板形成功能完整的模块。LTCC技术易于实现体积小、损耗小、稳定性高的部件，已成为制造无源器件的主要技术。

为了降低输入输出驻波比，增加带宽以及减小噪声系数，引入耦合器构造平衡式的低噪声放大器，提高稳定度，改善驻波比，提高放大器功率容限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带宽宽、噪声系数小、损耗低的低噪声放大器，且具有输入输出驻波比小、体积小、重量轻、高稳定性、可大批量生产等优点。

实现本发明目的的技术方案是：一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，包括空气盒子Box、特征阻抗50欧姆的输入端口Pin、特征阻抗50欧姆的输出端口Pout、第一侧印地GND1、第二侧印地GND2、第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5、第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2、第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6、第一低噪声放大器芯片LNA1、第二低噪声放大器芯片LNA2、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R2。

第一正交耦合器C1包括第一输入连接线Lin1、第一微带耦合线L1、第二微带耦合线L2、第三微带耦合线L3、第四微带耦合线L4、第一连接柱H1、第二连接柱H2、第三连接柱H3、第四连接柱H4、第五连接柱H5、第六连接柱H6、第一输出连接线Lout1、第二输出连接线Lout2、第三输出连接线Lout3、第二接地板G2。

第二正交耦合器C2包括第二输入连接线Lin2、第五微带耦合线L5、第六微带耦合线L6、第七微带耦合线L7、第八微带耦合线L8、第七连接柱H7、第八连接柱H8、第九连接柱H9、第十连接柱H10、第十一连接柱H11、第十二连接柱H12、第四输出连接线Lout4、第五输出连接线Lout5、第六输出连接线Lout6、第四接地板G4。

第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6均位于空气盒子Box的侧表面上，第一低噪声放大器芯片LNA1贴附于第一贴片T1和第二贴片T2上表面，第二低噪声放大器芯片LNA2分别贴附于第四贴片T4和第五贴片T5上表面，第一隔离电阻一端贴附于第三贴片T3上表面，另一端与第一侧印地GND1相接，第二隔离电阻一端贴附于第六贴片T6上表面，另一端与第二侧印地GND2相接。第一侧印地GND1与第二侧印地GND2与空气盒子Box的前后表面相接，第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5均与第一侧印地GND1、第二侧印地GND2相接。第一正交耦合器C1位于第一接地板G1和第三接地板G3之间，第二正交耦合器C2位于第三接地板G3和第五接地板G5之间。

与现有技术相比，本发明采用低温共烧陶瓷材料制作，放大器与耦合器集成为一体，其有益效果在于：（1）尺寸小、重量轻、可靠性高；（2）带宽大、噪声系数小、稳定性高；（3）电路实现结构简单。

附图说明

图1是本发明一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器的封装表面示意图。

图2是本发明一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器的主视图。

图3是本发明一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器的侧视图图。

图4是本发明一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器中第一正交耦合器C1的主视图。

图5是本发明一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器中第一正交耦合器C1的俯视图。

图6是本发明一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器中第二正交耦合器C2的主视图。

图7是本发明一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器中第二正交耦合器C2的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

结合图1、图2、图3，一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，包括空气盒子Box、特征阻抗50欧姆的输入端口Pin、特征阻抗50欧姆的输出端口Pout、第一侧印地GND1、第二侧印地GND2、第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5、第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2、第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6、第一低噪声放大器芯片LNA1、第二低噪声放大器芯片LNA2、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R2。

第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6均位于空气盒子Box的侧表面上，第一低噪声放大器芯片LNA1贴附于第一贴片T1和第二贴片T2上表面，第二低噪声放大器芯片LNA2分别贴附于第四贴片T4和第五贴片T5上表面，第一隔离电阻一端贴附于第三贴片T3上表面，另一端与第一侧印地GND1相接，第二隔离电阻一端贴附于第六贴片T6上表面，另一端与第二侧印地GND2相接。第一侧印地GND1与第二侧印地GND2与空气盒子Box的前后表面相接，第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5均与第一侧印地GND1、第二侧印地GND2相接。第一正交耦合器C1位于第一接地板G1和第三接地板G3之间，第二正交耦合器C2位于第三接地板G3和第五接地板G5之间。

结合图4、图5，第一正交耦合器C1包括第一输入连接线Lin1、第一微带耦合线L1、第二微带耦合线L2、第三微带耦合线L3、第四微带耦合线L4、第一连接柱H1、第二连接柱H2、第三连接柱H3、第四连接柱H4、第五连接柱H5、第六连接柱H6、第一输出连接线Lout1、第二输出连接线Lout2、第三输出连接线Lout3、第二接地板G2。第一正交耦合器C1包括第一输入连接线Lin1的一端与特征阻抗50欧姆的输入端口Pin相连，另一端与第一微带耦合线L1的下层线L12相连，第一微带耦合线L1的下层线L12的另一端通过第二连接柱H2与第二微带耦合线L2的下层线L22一端相连，第二微带耦合线L2的下层线L22的另一端通过第四连接柱H4与第三微带耦合线L3的下层线L32一端相连，第三微带耦合线L3的下层线L32的另一端通过第六连接柱H6与第四微带耦合线L4的下层线L42一端相连，第四微带耦合线L4的下层线L42的另一端与第一输出连接线Lout1一端相连，其另一端与第一贴片T1相接；第三输出连接线Lout3一端与第四贴片T4相连，另一端与第四微带耦合线L4的上层线L41一端相连，第四微带耦合线L4的上层线L41的另一端通过第五连接柱H5与第一微带耦合线L1的上层线L11一端相连，第一微带耦合线L1的上层线L11的另一端通过第一连接柱H1与第二微带耦合线L2的上层线L21一端相连，第二微带耦合线L2的上层线L21的另一端通过第三连接柱H3与第三微带耦合线L3的上层线L31一端相连，第三微带耦合线L3的上层线L31的另一端与第二输出连接线Lout2一端相连，第二输出连接线Lout2的另一端与第六贴片T6相接。第五连接柱H5、第六连接柱H6分别穿过第二接地板G2上的通孔。

结合图6、图7，第二正交耦合器C2包括第二输入连接线Lin2、第五微带耦合线L5、第六微带耦合线L6、第七微带耦合线L7、第八微带耦合线L8、第七连接柱H7、第八连接柱H8、第九连接柱H9、第十连接柱H10、第十一连接柱H11、第十二连接柱H12、第四输出连接线Lout4、第五输出连接线Lout5、第六输出连接线Lout6、第四接地板G4。第二正交耦合器C2包括第二输入连接线Lin2的一端与特征阻抗50欧姆的输出端口Pout相连，另一端与第五微带耦合线L5的下层线L52相连，第五微带耦合线L5的下层线L52的另一端通过第七连接柱H7与第六微带耦合线L6的下层线L62一端相连，第六微带耦合线L6的下层线L62的另一端通过第九连接柱H9与第七微带耦合线L7的下层线L72一端相连，第七微带耦合线L7的下层线L72的另一端通过第十二连接柱H12与第八微带耦合线L8的下层线L82一端相连，第八微带耦合线L8的下层线L82的另一端与第四输出连接线Lout4一端相连，其另一端与第五贴片T5相接；第五输出连接线Lout5一端与第二贴片T2相连，另一端与第八微带耦合线L8的上层线L81一端相连，第八微带耦合线L8的上层线L81的另一端通过第十一连接柱H11与第五微带耦合线L5的上层线L51一端相连，第五微带耦合线L5的上层线L51的另一端通过第八连接柱H8与第六微带耦合线L6的上层线L61一端相连，第六微带耦合线L6的上层线L61的另一端通过第十连接柱H10与第七微带耦合线L7的上层线L71一端相连，第七微带耦合线L7的上层线L71的另一端与第六输出连接线Lout6一端相连，第六输出连接线Lout6的另一端与第三贴片T3相接。第十一连接柱H11、第十二连接柱H12分别穿过第四接地板G2上的通孔。

空气盒子Box、特征阻抗50欧姆的输入端口Pin、特征阻抗50欧姆的输出端口Pout、第一侧印地GND1、第二侧印地GND2、第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5、第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2、第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6、第一低噪声放大器芯片LNA1、第二低噪声放大器芯片LNA2、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R2均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。低噪声放大器芯片LNA1和LNA2与第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2为集成一体的封装结构。

低噪声放大器芯片LNA1和LNA2的型号为WFD020060-L25A，工作频段为2-6GHz，噪声系数2.5dB，典型增益14dB，1分贝压缩点输出功率16dBm，尺寸仅2.42mm×2.16mm×0.1mm，该型号芯片是一个性能优良的单级宽带单片低噪声放大器，背面通孔接地。

一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其低温共烧陶瓷材料和内部金属图形在大约900℃温度下烧结而成，故具有非常高的可靠性和温度稳定性。结构上耦合器与放大器三维集成为一体，且具有多层耦合线结构，外表面用金属屏蔽层实现接地和封装，使得成本降到最低。

本发明涉及一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，其尺寸仅为6mm×11.2mm×4.6mm，带宽2GHz~6GHz，噪声系数仅2.5dB，增益达14dB。

Claims (6)

1.一种超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，其特征在于：包括空气盒子Box、特征阻抗50欧姆的输入端口Pin、特征阻抗50欧姆的输出端口Pout、第一侧印地GND1、第二侧印地GND2、第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5、第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2、第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6、第一低噪声放大器芯片LNA1、第二低噪声放大器芯片LNA2、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R2；

第一正交耦合器C1包括第一输入连接线Lin1、第一微带耦合线L1、第二微带耦合线L2、第三微带耦合线L3、第四微带耦合线L4、第一连接柱H1、第二连接柱H2、第三连接柱H3、第四连接柱H4、第五连接柱H5、第六连接柱H6、第一输出连接线Lout1、第二输出连接线Lout2、第三输出连接线Lout3、第二接地板G2；

第二正交耦合器C2包括第二输入连接线Lin2、第五微带耦合线L5、第六微带耦合线L6、第七微带耦合线L7、第八微带耦合线L8、第七连接柱H7、第八连接柱H8、第九连接柱H9、第十连接柱H10、第十一连接柱H11、第十二连接柱H12、第四输出连接线Lout4、第五输出连接线Lout5、第六输出连接线Lout6、第四接地板G4；

第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6均位于空气盒子Box的侧表面上，第一低噪声放大器芯片LNA1居中贴附于第一贴片T1和第二贴片T2上表面，第二低噪声放大器芯片LNA2分别居中贴附于第四贴片T4和第五贴片T5上表面，第一隔离电阻一端贴附于第三贴片T3上表面，另一端与第一侧印地GND1相接，第二隔离电阻一端贴附于第六贴片T6上表面，另一端与第二侧印地GND2相接；

第一侧印地GND1与第二侧印地GND2与空气盒子Box的前后表面相接，第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5从上至下平行放置，两侧边分别与第一侧印地GND1、第二侧印地GND2相接；

第一正交耦合器C1位于第一接地板G1和第三接地板G3之间，第二正交耦合器C2位于第三接地板G3和第五接地板G5之间。

2.根据权利要求1所述的超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，其特征在于：所述第一正交耦合器C1中，第一输入连接线Lin1的一端与特征阻抗50欧姆的输入端口Pin相连，另一端与第一微带耦合线L1的下层线L12相连，第一微带耦合线L1的下层线L12的另一端通过第二连接柱H2与第二微带耦合线L2的下层线L22一端相连，第二微带耦合线L2的下层线L22的另一端通过第四连接柱H4与第三微带耦合线L3的下层线L32一端相连，第三微带耦合线L3的下层线L32的另一端通过第六连接柱H6与第四微带耦合线L4的下层线L42一端相连，第四微带耦合线L4的下层线L42的另一端与第一输出连接线Lout1一端相连，其另一端与第一贴片T1相接；第三输出连接线Lout3一端与第四贴片T4相连，另一端与第四微带耦合线L4的上层线L41一端相连，第四微带耦合线L4的上层线L41的另一端通过第五连接柱H5与第一微带耦合线L1的上层线L11一端相连，第一微带耦合线L1的上层线L11的另一端通过第一连接柱H1与第二微带耦合线L2的上层线L21一端相连，第二微带耦合线L2的上层线L21的另一端通过第三连接柱H3与第三微带耦合线L3的上层线L31一端相连，第三微带耦合线L3的上层线L31的另一端与第二输出连接线Lout2一端相连，第二输出连接线Lout2的另一端与第六贴片T6相接；第五连接柱H5、第六连接柱H6分别穿过第二接地板G2上的通孔；所述第一微带耦合线L1、第二微带耦合线L2和第三微带耦合线L3级联于同一层面，第四微带耦合线L4通过第二接地板G2与之隔开，独立一层。

3.根据权利要求1所述的超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，其特征在于：所述第二正交耦合器C2中，第二输入连接线Lin2的一端与特征阻抗50欧姆的输出端口Pout相连，另一端与第五微带耦合线L5的下层线L52相连，第五微带耦合线L5的下层线L52的另一端通过第七连接柱H7与第六微带耦合线L6的下层线L62一端相连，第六微带耦合线L6的下层线L62的另一端通过第九连接柱H9与第七微带耦合线L7的下层线L72一端相连，第七微带耦合线L7的下层线L72的另一端通过第十二连接柱H12与第八微带耦合线L8的下层线L82一端相连，第八微带耦合线L8的下层线L82的另一端与第四输出连接线Lout4一端相连，其另一端与第五贴片T5相接；第五输出连接线Lout5一端与第二贴片T2相连，另一端与第八微带耦合线L8的上层线L81一端相连，第八微带耦合线L8的上层线L81的另一端通过第十一连接柱H11与第五微带耦合线L5的上层线L51一端相连，第五微带耦合线L5的上层线L51的另一端通过第八连接柱H8与第六微带耦合线L6的上层线L61一端相连，第六微带耦合线L6的上层线L61的另一端通过第十连接柱H10与第七微带耦合线L7的上层线L71一端相连，第七微带耦合线L7的上层线L71的另一端与第六输出连接线Lout6一端相连，第六输出连接线Lout6的另一端与第三贴片T3相接；第十一连接柱H11、第十二连接柱H12分别穿过第四接地板G2上的通孔；所述第五微带耦合线L5、第六微带耦合线L6和第七微带耦合线L7级联于同一层面，第八微带耦合线L8通过第四接地板G4与之隔开，独立一层。

4.根据权利要求1所述的超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，其特征在于：所述空气盒子Box、特征阻抗50欧姆的输入端口Pin、特征阻抗50欧姆的输出端口Pout、第一侧印地GND1、第二侧印地GND2、第一接地板G1、第二接地板G2、第三接地板G3、第四接地板G4、第五接地板G5、第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2、第一贴片T1、第二贴片T2、第三贴片T3、第四贴片T4、第五贴片T5、第六贴片T6、第一低噪声放大器芯片LNA1、第二低噪声放大器芯片LNA2、第一隔离电阻R1、第二隔离电阻R2均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现。

5.根据权利要求1所述的超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，其特征在于：所述的低噪声放大器芯片LNA1和LNA2与第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2为集成一体的封装结构，第一正交耦合器C1、第二正交耦合器C2内部结构关于中心平面上下对称。

6.根据权利要求1所述的超宽带混合集成平衡式低噪声放大器，其特征在于：所述的低噪声放大器芯片LNA1和LNA2的型号为WFD020060-L25A。