CN108055009B - 一种宽带mmic放大器 - Google Patents

一种宽带mmic放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽带MMIC放大器，包括第一PHEMT管P1、第二PHEMT管P2和第三PHEMT管P3；所述第一PHEMT管P1的栅极通过输入匹配网络T0连接MMIC放大器的信号输入端，第一PHEMT管P1的源级通过第一电阻R1接地，第一电阻R1的两端并联有第一电容C1，第一PHEMT管P1的漏级通过第一级间匹配网络T1与第二PHEMT管P2的栅极连接，第二PHEMT管P2的源级通过第二电阻R2接地，第二电阻R2的两端并联有第二电容C2，第二PHEMT管P2的漏级通过第二级间匹配网络T2与第三PHEMT管P3的栅极连接，第三PHEMT管P3的源级通过第三电阻R3接地，第三电阻R3的两端并联有第三电容C3，第三PHEMT管P3的漏级通过输出匹配网络T3连接到MMIC放大器的信号输出端。本发明提供了一种宽带MMIC放大器，具有高增益、低驻波、低噪声的优势。

Description

一种宽带MMIC放大器
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种宽带MMIC放大器。
背景技术
在通信领域，雷达和微波测量等系统都需要宽带MMIC放大器，在MMIC放大器的设计中，常用的提高带宽的方式主要有三种：平衡式放大器、反馈式放大器、行波放大器，平衡式放大器频带只能做到倍频或略宽；反馈式放大器易于实现宽带内的匹配，但增益有所恶化；行波放大器可以获得10倍频程的放大，但其直流功耗大，可靠性较低；以上常用的宽带放大器的设计方法各有优缺点，很难兼顾增益、驻波、噪声等指标。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带MMIC放大器，具有高增益、低驻波、低噪声的优势。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种宽带MMIC放大器，包括第一PHEMT管P1、第二PHEMT管P2和第三PHEMT管P3；所述第一PHEMT管P1的栅极通过输入匹配网络T0连接MMIC放大器的信号输入端，第一PHEMT管P1的源级通过第一电阻R1接地，第一电阻R1的两端并联有第一电容C1，第一PHEMT管P1的漏级通过第一级间匹配网络T1与第二PHEMT管P2的栅极连接，第二PHEMT管P2的源级通过第二电阻R2接地，第二电阻R2的两端并联有第二电容C2，第二PHEMT管P2的漏级通过第二级间匹配网络T2与第三PHEMT管P3的栅极连接，第三PHEMT管P3的源级通过第三电阻R3接地，第三电阻R3的两端并联有第三电容C3，第三PHEMT管P3的漏级通过输出匹配网络T3连接到MMIC放大器的信号输出端。
其中，所述输入匹配网络T0包括第五电容C5，所述第五电容C5的第一端连接到MMIC放大器的信号输入端，第五电容C5的第二端依次通过第一电感L1、第四电感L4、第五电阻R5和第五电感L5连接到第一PHEMT管P1的栅极；所述第一电感L1和第二电感L4的公共端依次通过第三电感L3和第二电感L2接地，所述第三电感L3和第二电感L2的公共端连接有接地的第九电容C9；所述第一电感L1和第三电感L4的公共端还连接有接地的第六电容C6，所述第四电感L4和第五电阻R5的公共端连接有接地的第七电容C7，所述第五电阻R5和第五电感L5的公共端连接有接地的第六电阻R6，所述第五电感L5与第一PHEMT管P1的栅极之间设置有接地的第八电容C8。
其中，所述第一级间匹配网络T1包括第六电感L6，所述第六电感L6的第一端与第一PHEMT管P1的漏级连接，第六电感L6的第二端依次通过第七电感L7、第十电容C10、第八电感L8、第九电感L9和第十电感L10连接到第二PHEMT管P2的栅极；所述第六电感L6和第七电感L7的公共端依次通过第十一电感L11和第十二电感L12连接到5V的电源，所述第十二电感L12与5V电源之间连接有接地的第十一电容C11；所述第六电感L6和第七电感L7的公共端还连接有接地的第十二电容C12，所述第七电感L7与第十电容C10的公共端连接有接地的第十三电容C13，所述第八电感L8与第九电感L9的之间设置有并联接地的第十四电容C14和第十三电感L13；所述第九电感L9和第十电感L10的公共端连接有接地的第十五电容，所述第十电感与第二PHEMT管P2的栅极之间设置有接地的第十六电容C16。
优选地，所述输入匹配网络T0和第一级间匹配网络T1之间还设置有反馈网络，所述反馈网络包括第四电阻R4和第四电容C4，所述第四电阻R4的一端连接到输入匹配网络T0中第五电阻R5和第五电感L5的公共端，第四电阻R4的另一端通过第四电容C4连接到第一级间匹配网络T1中第六电感L6和第七电感L7的公共端。
其中，所述第二级间匹配网络T2包括第十四电感L14，所述第十四电感L14的一端与第二PHEMT管P2的漏级连接，第十四电感L14的另一端依次通过第十五电感L15、第十七电容C17、第十六电感L16和第十七电感L17连接到第三PHEMT管P3的栅极；所述第十四电感L14和第十五电感L15的公共端依次通过第十八电感L18、第十九电感L19和第七电阻R7连接到5V的电源，所述第十八电感L18和第十九电感L19的公共端连接有接地的第十八电容C18，所述第十九电感L19和第七电阻R7的公共端连接有接地的第十九电容C19，所述第七电阻R7与5V电源之间连接有接地的第二十电容C20；所述第十四电感L14与第十五电感L15的公共端还连接有接地的第二十一电容C21，所述第十五电感L15和第十七电容C17的公共端连接有接地的第二十二电容C22；所述第十六电感L16和第十七电感L17的公共端连接有接地的第二十三电容C23，所述第十六电感L16和第十七电感L17的公共端还依次通过第二十电感L20和第八电阻R8接地；所述第十七电感L17和第三PHEMT管P3的栅极之间还设置有接地的第二十四电容C24。
其中，所述输出匹配网络T3包括第二十一电感L21，所述第二十一电感L21的一端连接第三PHEMT管P3的漏级，第二十一电感L21的另一端依次通过第二十二电感L22、第二十五电容C25连接到MMIC放大器的信号输出端；所述第二十一电感L21和第二十二电感L22的公共端，依次通过第二十三电感L23、第二十四电感L24和第九电阻R9连接到5V的电源，所述第二十三电感L23和第二十四电感L24之间设置有接地的第二十六电容C26，所述第九电阻R9和5V电源之间设置有接地的第二十七电容C27；所述第二十一电感L21和第二十二电感L22的公共端还连接有接地的第二十八电容C28，所述第二十二电感L22和第二十五电容C25的公共端还连接有接地的第二十九电容C29。
优选地，所述第一PHEMT管P1的栅宽为2×50μm，所述第二PHEMT管P2的栅宽为4×55μm，所述三PHEMT管P3的栅宽为4×55μm。
本发明的有益效果是：本发明采用PHEMT管作为MMIC放大器的组成器件，提高了整个MMIC放大器稳定性，降低了MMIC放大器的工作噪声；同时，MMIC放大器通过输入匹配、输出匹配和两级的级间匹配，有效调整了PHEMT管之间的匹配系数，且不存在明显的增益恶化，故而在保证增益的前提下，改善了PHEMT管之间驻波比，减小了信号放大过程中的噪声干扰；在输入匹配网络和第一级间匹配网络之间设置有反馈网络，增加了信号输入的稳定性，调节了带内平坦度，改善了输入驻波。
附图说明
图1为本发明的电路原理图；
图2为输入匹配网络的电路原理图；
图3为第一级间匹配网络的电路原理图；
图4为第二级间匹配网络的电路原理图；
图5为输出匹配网络的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种宽带MMIC放大器，包括第一PHEMT管P1、第二PHEMT管P2和第三PHEMT管P3；所述第一PHEMT管P1的栅极通过输入匹配网络T0连接MMIC放大器的信号输入端，第一PHEMT管P1的源级通过第一电阻R1接地，第一电阻R1的两端并联有第一电容C1，第一PHEMT管P1的漏级通过第一级间匹配网络T1与第二PHEMT管P2的栅极连接，第二PHEMT管P2的源级通过第二电阻R2接地，第二电阻R2的两端并联有第二电容C2，第二PHEMT管P2的漏级通过第二级间匹配网络T2与第三PHEMT管P3的栅极连接，第三PHEMT管P3的源级通过第三电阻R3接地，第三电阻R3的两端并联有第三电容C3，第三PHEMT管P3的漏级通过输出匹配网络T3连接到MMIC放大器的信号输出端。
如图2所示，所述输入匹配网络T0包括第五电容C5，所述第五电容C5的第一端连接到MMIC放大器的信号输入端，第五电容C5的第二端依次通过第一电感L1、第四电感L4、第五电阻R5和第五电感L5连接到第一PHEMT管P1的栅极；所述第一电感L1和第二电感L4的公共端依次通过第三电感L3和第二电感L2接地，所述第三电感L3和第二电感L2的公共端连接有接地的第九电容C9；所述第一电感L1和第三电感L4的公共端还连接有接地的第六电容C6，所述第四电感L4和第五电阻R5的公共端连接有接地的第七电容C7，所述第五电阻R5和第五电感L5的公共端连接有接地的第六电阻R6，所述第五电感L5与第一PHEMT管P1的栅极之间设置有接地的第八电容C8。
如图3所示，所述第一级间匹配网络T1包括第六电感L6，所述第六电感L6的第一端与第一PHEMT管P1的漏级连接，第六电感L6的第二端依次通过第七电感L7、第十电容C10、第八电感L8、第九电感L9和第十电感L10连接到第二PHEMT管P2的栅极；所述第六电感L6和第七电感L7的公共端依次通过第十一电感L11和第十二电感L12连接到5V的电源，所述第十二电感L12与5V电源之间连接有接地的第十一电容C11；所述第六电感L6和第七电感L7的公共端还连接有接地的第十二电容C12，所述第七电感L7与第十电容C10的公共端连接有接地的第十三电容C13，所述第八电感L8与第九电感L9的之间设置有并联接地的第十四电容C14和第十三电感L13；所述第九电感L9和第十电感L10的公共端连接有接地的第十五电容，所述第十电感与第二PHEMT管P2的栅极之间设置有接地的第十六电容C16。
在本申请的实施例中，所述输入匹配网络T0和第一级间匹配网络T1之间还设置有反馈网络，所述反馈网络包括第四电阻R4和第四电容C4，所述第四电阻R4的一端连接到输入匹配网络T0中第五电阻R5和第五电感L5的公共端，第四电阻R4的另一端通过第四电容C4连接到第一级间匹配网络T1中第六电感L6和第七电感L7的公共端。
如图4所示，所述第二级间匹配网络T2包括第十四电感L14，所述第十四电感L14的一端与第二PHEMT管P2的漏级连接，第十四电感L14的另一端依次通过第十五电感L15、第十七电容C17、第十六电感L16和第十七电感L17连接到第三PHEMT管P3的栅极；所述第十四电感L14和第十五电感L15的公共端依次通过第十八电感L18、第十九电感L19和第七电阻R7连接到5V的电源，所述第十八电感L18和第十九电感L19的公共端连接有接地的第十八电容C18，所述第十九电感L19和第七电阻R7的公共端连接有接地的第十九电容C19，所述第七电阻R7与5V电源之间连接有接地的第二十电容C20；所述第十四电感L14与第十五电感L15的公共端还连接有接地的第二十一电容C21，所述第十五电感L15和第十七电容C17的公共端连接有接地的第二十二电容C22；所述第十六电感L16和第十七电感L17的公共端连接有接地的第二十三电容C23，所述第十六电感L16和第十七电感L17的公共端还依次通过第二十电感L20和第八电阻R8接地；所述第十七电感L17和第三PHEMT管P3的栅极之间还设置有接地的第二十四电容C24。
如图5所示，所述输出匹配网络T3包括第二十一电感L21，所述第二十一电感L21的一端连接第三PHEMT管P3的漏级，第二十一电感L21的另一端依次通过第二十二电感L22、第二十五电容C25连接到MMIC放大器的信号输出端；所述第二十一电感L21和第二十二电感L22的公共端，依次通过第二十三电感L23、第二十四电感L24和第九电阻R9连接到5V的电源，所述第二十三电感L23和第二十四电感L24之间设置有接地的第二十六电容C26，所述第九电阻R9和5V电源之间设置有接地的第二十七电容C27；所述第二十一电感L21和第二十二电感L22的公共端还连接有接地的第二十八电容C28，所述第二十二电感L22和第二十五电容C25的公共端还连接有接地的第二十九电容C29。
PHEMT是对高电子迁移率晶体管（HEMT）的一种改进结构，也称为赝调制掺杂异质结场效应晶体管（PMODFET），PHEMT中的2-DEG要比普通HEMT中的多受到一些限制（有势阱两边的双重限制作用），从而具有更高的电子面密度（约高2倍）；同时，这里的电子迁移率也较高（比GaAs中的高9 %），因此PHEMT的性能更加优越，总之PHEMT具有双异质结的结构，这不仅提高了器件阈值电压的温度稳定性，而且也改善了器件的输出伏安特性，使得器件具有更大的输出电阻、更高的跨导、更大的电流处理能力以及更高的工作频率、更低的噪声等，因此，本发明采用PHEMT管作为MMIC放大器的组成器件，提高了整个MMIC放大器稳定性，降低了MMIC放大器的工作噪声。
同时，MMIC放大器通过输入匹配、输出匹配和两级的级间匹配，有效调整了PHEMT管之间的匹配系数，且不存在明显的增益恶化，故而在保证增益的前提下，改善了PHEMT管之间驻波比，减小了信号放大过程中的噪声干扰；在输入匹配网络和第一级间匹配网络之间设置有反馈网络，增加了信号输入的稳定性，调节了带内平坦度，改善了输入驻波。
在本申请的实施例中，所述第一PHEMT管P1的栅宽为2×50μm，所述第二PHEMT管P2的栅宽为4×55μm，所述三PHEMT管P3的栅宽为4×55μm；通过本发明的设计，能够得到工作频率10GHz~33GHz，典型增益17dB,典型输出功率16dBm，典型输入输出驻波1.5的MMIC放大器，以满足通信、雷达和微波测量的需要。

Claims (7)

1.一种宽带MMIC放大器，其特征在于：包括第一PHEMT管P1、第二PHEMT管P2和第三PHEMT管P3；所述第一PHEMT管P1的栅极通过输入匹配网络T0连接MMIC放大器的信号输入端，第一PHEMT管P1的源级通过第一电阻R1接地，第一电阻R1的两端并联有第一电容C1，第一PHEMT管P1的漏级通过第一级间匹配网络T1与第二PHEMT管P2的栅极连接，第二PHEMT管P2的源级通过第二电阻R2接地，第二电阻R2的两端并联有第二电容C2，第二PHEMT管P2的漏级通过第二级间匹配网络T2与第三PHEMT管P3的栅极连接，第三PHEMT管P3的源级通过第三电阻R3接地，第三电阻R3的两端并联有第三电容C3，第三PHEMT管P3的漏级通过输出匹配网络T3连接到MMIC放大器的信号输出端；
所述输入匹配网络T0包括第五电容C5，所述第五电容C5的第一端连接到MMIC放大器的信号输入端，第五电容C5的第二端依次通过第一电感L1、第四电感L4、第五电阻R5和第五电感L5连接到第一PHEMT管P1的栅极；所述第一电感L1和第二电感L4的公共端依次通过第三电感L3和第二电感L2接地，所述第三电感L3和第二电感L2的公共端连接有接地的第九电容C9；所述第一电感L1和第三电感L4的公共端还连接有接地的第六电容C6，所述第四电感L4和第五电阻R5的公共端连接有接地的第七电容C7，所述第五电阻R5和第五电感L5的公共端连接有接地的第六电阻R6，所述第五电感L5与第一PHEMT管P1的栅极之间设置有接地的第八电容C8；
所述第二级间匹配网络T2包括第十四电感L14，所述第十四电感L14的一端与第二PHEMT管P2的漏级连接，第十四电感L14的另一端依次通过第十五电感L15、第十七电容C17、第十六电感L16和第十七电感L17连接到第三PHEMT管P3的栅极；所述第十四电感L14和第十五电感L15的公共端依次通过第十八电感L18、第十九电感L19和第七电阻R7连接到5V的电源，所述第十八电感L18和第十九电感L19的公共端连接有接地的第十八电容C18，所述第十九电感L19和第七电阻R7的公共端连接有接地的第十九电容C19，所述第七电阻R7与5V电源之间连接有接地的第二十电容C20；所述第十四电感L14与第十五电感L15的公共端还连接有接地的第二十一电容C21，所述第十五电感L15和第十七电容C17的公共端连接有接地的第二十二电容C22；所述第十六电感L16和第十七电感L17的公共端连接有接地的第二十三电容C23，所述第十六电感L16和第十七电感L17的公共端还依次通过第二十电感L20和第八电阻R8接地；所述第十七电感L17和第三PHEMT管P3的栅极之间还设置有接地的第二十四电容C24。
2.根据权利要求1所述的一种宽带MMIC放大器，其特征在于：所述第一级间匹配网络T1包括第六电感L6，所述第六电感L6的第一端与第一PHEMT管P1的漏级连接，第六电感L6的第二端依次通过第七电感L7、第十电容C10、第八电感L8、第九电感L9和第十电感L10连接到第二PHEMT管P2的栅极；所述第六电感L6和第七电感L7的公共端依次通过第十一电感L11和第十二电感L12连接到5V的电源，所述第十二电感L12与5V电源之间连接有接地的第十一电容C11；所述第六电感L6和第七电感L7的公共端还连接有接地的第十二电容C12，所述第七电感L7与第十电容C10的公共端连接有接地的第十三电容C13，所述第八电感L8与第九电感L9之间设置有并联接地的第十四电容C14和第十三电感L13；所述第九电感L9和第十电感L10的公共端连接有接地的第十五电容，所述第十电感与第二PHEMT管P2的栅极之间设置有接地的第十六电容C16。
3.根据权利要求2所述的一种宽带MMIC放大器，其特征在于：所述输入匹配网络T0和第一级间匹配网络T1之间还设置有反馈网络，所述反馈网络包括第四电阻R4和第四电容C4，所述第四电阻R4的一端连接到输入匹配网络T0中第五电阻R5和第五电感L5的公共端，第四电阻R4的另一端通过第四电容C4连接到第一级间匹配网络T1中第六电感L6和第七电感L7的公共端。
4.根据权利要求1所述的一种宽带MMIC放大器，其特征在于：所述输出匹配网络T3包括第二十一电感L21，所述第二十一电感L21的一端连接第三PHEMT管P3的漏级，第二十一电感L21的另一端依次通过第二十二电感L22、第二十五电容C25连接到MMIC放大器的信号输出端；所述第二十一电感L21和第二十二电感L22的公共端，依次通过第二十三电感L23、第二十四电感L24和第九电阻R9连接到5V的电源，所述第二十三电感L23和第二十四电感L24之间设置有接地的第二十六电容C26，所述第九电阻R9和5V电源之间设置有接地的第二十七电容C27；所述第二十一电感L21和第二十二电感L22的公共端还连接有接地的第二十八电容C28，所述第二十二电感L22和第二十五电容C25的公共端还连接有接地的第二十九电容C29。
5.根据权利要求1所述的一种宽带MMIC放大器，其特征在于：所述第一PHEMT管P1的栅宽为2×50μm。
6.根据权利要求1所述的一种宽带MMIC放大器，其特征在于：所述第二PHEMT管P2的栅宽为4×55μm。
7.根据权利要求1所述的一种宽带MMIC放大器，其特征在于：所述三PHEMT管P3的栅宽为4×55μm。
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