CN109474243A - 一种超宽带低噪声放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带低噪声放大器，包括第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三双极型晶体管Q3和第四双极型晶体管Q4。本发明通过第二电感L2和第二电阻R2构成负反馈回路，对第一双极型晶体管Q1进行超宽带的功率匹配和噪声匹配，从而能够实现在0.5GHz～20GHz的超宽频率范围内的50欧姆输入阻抗匹配和输出阻抗匹配，也能够实现在0.5GHz～20GHz的超宽频率范围内的噪声系数低于4dB。此外，本发明的电路结构简单，电路整体面积小。

Description

一种超宽带低噪声放大器
技术领域
本发明涉及低噪声放大器，特别是涉及一种超宽带低噪声放大器。
背景技术
在各类无线电发射机中，射频前端的第一级放大器一般为低噪声放大器，作为宽带接收机前端电路中的核心模块，低噪声放大器必须同时满足在上GHz的宽频带内的输入端良好匹配以减少回波损耗，高且平坦的增益以抑制后级电路对整体接收机的噪声贡献，低的噪声系数以提高接收机的灵敏度。传统的射频低噪声放大器的一般为共射极放大器，采用射极退化电感，这种类型的放大器的工作带宽相对较窄。现有技术中提出了一些宽带低噪声放大器，例如：分布式放大器，基于宽带滤波网络的源简并放大器、电阻并联反馈式放大器以及基于宽带噪声抵消技术的共栅放大器。然而，现有技术中的宽带低噪声放大器都无法实现0.5GHz～20GHz的带宽。并且，分布式放大器由于多管级联导致电路面积大；基于宽带滤波网络的源简并放大器由于滤波网络中片上电感电容的损耗引入的额外噪声而难以获得较低的噪声系数，并且由于片上集成了多个螺旋电感而导致电路面积较大；电阻并联反馈式放大器中为了获得匹配特性而牺牲了噪声系数，导致匹配特性和噪声系数无法两全；基于宽带噪声抵消技术的共栅放大器由于共基结构自身的高噪声削弱了噪声抵消技术的效果。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种超宽带低噪声放大器，能够解决现有技术中存在的带宽窄、无法兼顾匹配特性和噪声系数、电路面积大的问题。
技术方案：本发明所述的超宽带低噪声放大器，包括第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三双极型晶体管Q3和第四双极型晶体管Q4，第一双极型晶体管Q1的基极连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端分别连接第一电容C1的一端和第二电阻R2的一端，第一电容C1的另一端接地，第二电阻R2的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端分别连接第三电感L3的一端、第四电感L4的一端以及第三双极型晶体管Q3的基极，第三电感L3的另一端连接第一双极型晶体管Q1的集电极，第一双极型晶体管Q1的发射极通过第二电感L2接地，第四电感L4的另一端通过第三电阻R3连接第二双极型晶体管Q2的发射极，第二双极型晶体管Q2的基极和集电极均输入第一供电电压VCC1，第一电感L1的另一端输入第一偏置电压Vb1，第三双极型晶体管Q3的基极输入第二偏置电压Vb2，第三双极型晶体管Q3的发射极接地，第三双极型晶体管Q3的集电极连接第四双极型晶体管Q4的发射极，第四双极型晶体管Q4的基极和集电极均输入第二供电电压VCC2，第一电感L1的另一端作为整个放大器的输入端，第三双极型晶体管Q3的集电极作为整个放大器的输出端。
进一步，还包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端输入第一偏置电压Vb1。第一电阻R1能够减小第一偏置电压Vb1对电路的影响。
进一步，还包括第四电阻R4，第四电阻R4的一端连接第三双极型晶体管Q3的基极，第四电阻R4的另一端输入第二偏置电压Vb2。第四电阻R4能够减小第二偏置电压Vb2对电路的影响。
进一步，还包括第三电容C3，第三电容C3的一端连接第四电感L4的一端，第三电容C3的另一端连接第三双极型晶体管Q3的基极。第三电容C3能够起到隔直流的效果。
进一步，还包括第五电感L5，第五电感L5的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第五电感L5的另一端连接第四双极型晶体管Q4的发射极。
进一步，还包括第六电阻R6和第六电感L6，第六电感L6的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第六电感L6的另一端连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接第四双极型晶体管Q4的发射极。第六电阻R6和第六电感L6有利于提高增益平坦度。
进一步，还包括第七电感L7，第七电感L7的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第七电感L7的另一端作为整个放大器的输出端。第六电阻R6、第六电感L6和第七电感L7能够保证放大器的S22在工作频率范围内小于-10dB。
进一步，还包括第四电容C4和第五电阻R5，第四电容C4的一端和第五电阻R5的一端均连接第三双极型晶体管Q3的发射极，第四电容C4的另一端和第五电阻R5的另一端均接地。第四电容C4和第五电阻R5能够对放大器的高频增益进行补偿，有利于提高增益平坦度。
有益效果：本发明公开了一种超宽带低噪声放大器，通过第三电感L3拉高高频增益，通过第二电感L2和第二电阻R2构成负反馈回路，并且通过第一电容C1与放大器电路本身构成宽带无源匹配网络，对第一双极型晶体管Q1进行超宽带的功率匹配和噪声匹配，从而能够实现在0.5GHz～20GHz的超宽频率范围内的50欧姆输入阻抗匹配和输出阻抗匹配，也能够实现在0.5GHz～20GHz的超宽频率范围内的噪声系数低于4dB。此外，本发明的电路结构简单，电路整体面积小。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中放大器的电路图；
图2为本发明具体实施方式中放大器的S参数仿真结果图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种超宽带低噪声放大器，如图1所示，包括第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三双极型晶体管Q3和第四双极型晶体管Q4，第一双极型晶体管Q1的基极连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端分别连接第一电容C1的一端和第二电阻R2的一端，第一电容C1的另一端接地，第二电阻R2的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端分别连接第三电感L3的一端、第四电感L4的一端以及第三双极型晶体管Q3的基极，第三电感L3的另一端连接第一双极型晶体管Q1的集电极，第一双极型晶体管Q1的发射极通过第二电感L2接地，第四电感L4的另一端通过第三电阻R3连接第二双极型晶体管Q2的发射极，第二双极型晶体管Q2的基极和集电极均输入第一供电电压VCC1，第一电感L1的另一端输入第一偏置电压Vb1，第三双极型晶体管Q3的基极输入第二偏置电压Vb2，第三双极型晶体管Q3的发射极接地，第三双极型晶体管Q3的集电极连接第四双极型晶体管Q4的发射极，第四双极型晶体管Q4的基极和集电极均输入第二供电电压VCC2，第一电感L1的另一端作为整个放大器的输入端，第三双极型晶体管Q3的集电极作为整个放大器的输出端。
为了减小第一偏置电压Vb1对电路的影响，本具体实施方式还可以包括第一电阻R1，如图1所示，第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端输入第一偏置电压Vb1。为了减小第二偏置电压Vb2对电路的影响，本具体实施方式还可以包括第四电阻R4，第四电阻R4的一端连接第三双极型晶体管Q3的基极，第四电阻R4的另一端输入第二偏置电压Vb2。
为了起到隔直流的效果，本具体实施方式还可以包括第三电容C3，如图1所示，第三电容C3的一端连接第四电感L4的一端，第三电容C3的另一端连接第三双极型晶体管Q3的基极。第三电容C3能够起到隔直流的效果。此外，本具体实施方式还可以包括第五电感L5，如图1所示，第五电感L5的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第五电感L5的另一端连接第四双极型晶体管Q4的发射极。
为了提高增益平坦度，本具体实施方式还可以包括第六电阻R6和第六电感L6，如图1所示，第六电感L6的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第六电感L6的另一端连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接第四双极型晶体管Q4的发射极。此外，为了保证放大器的S22在工作频率范围内小于-10dB，本具体实施方式还可以还包括第七电感L7，如图1所示，第七电感L7的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第七电感L7的另一端作为整个放大器的输出端。
为了对放大器的高频增益进行补偿，提高增益平坦度，本具体实施方式还包括第四电容C4和第五电阻R5，如图1所示，第四电容C4的一端和第五电阻R5的一端均连接第三双极型晶体管Q3的发射极，第四电容C4的另一端和第五电阻R5的另一端均接地。
图2是本具体实施方式中放大器的S参数仿真结果图。由图2可知，放大器在0.5GHz～20GHz工作频率范围内的整体增益在17.5dB左右。0.5GHz～18GHz的增益变化小于0.5dB，18GHz～20GHz的增益变化小于1dB，可见放大器在0.5GHz～20GHz工作频率范围内的增益平坦度很好。S11在0.5GHz～20GHz均小于-10dB，可见放大器的输入匹配带宽很宽。S22在1GHz～20GHz也小于-10dB。噪声系数在0.5GHz～20GHz工作频率范围内均小于4dB，12GHz处的噪声系数为3.2dB，可见放大器在0.5GHz～20GHz工作频率范围内的噪声系数也很低。

Claims (8)

1.一种超宽带低噪声放大器，其特征在于：包括第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第三双极型晶体管Q3和第四双极型晶体管Q4，第一双极型晶体管Q1的基极连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端分别连接第一电容C1的一端和第二电阻R2的一端，第一电容C1的另一端接地，第二电阻R2的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端分别连接第三电感L3的一端、第四电感L4的一端以及第三双极型晶体管Q3的基极，第三电感L3的另一端连接第一双极型晶体管Q1的集电极，第一双极型晶体管Q1的发射极通过第二电感L2接地，第四电感L4的另一端通过第三电阻R3连接第二双极型晶体管Q2的发射极，第二双极型晶体管Q2的基极和集电极均输入第一供电电压VCC1，第一电感L1的另一端输入第一偏置电压Vb1，第三双极型晶体管Q3的基极输入第二偏置电压Vb2，第三双极型晶体管Q3的发射极接地，第三双极型晶体管Q3的集电极连接第四双极型晶体管Q4的发射极，第四双极型晶体管Q4的基极和集电极均输入第二供电电压VCC2，第一电感L1的另一端作为整个放大器的输入端，第三双极型晶体管Q3的集电极作为整个放大器的输出端。
2.根据权利要求1所述的超宽带低噪声放大器，其特征在于：还包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端输入第一偏置电压Vb1。
3.根据权利要求1所述的超宽带低噪声放大器，其特征在于：还包括第四电阻R4，第四电阻R4的一端连接第三双极型晶体管Q3的基极，第四电阻R4的另一端输入第二偏置电压Vb2。
4.根据权利要求1所述的超宽带低噪声放大器，其特征在于：还包括第三电容C3，第三电容C3的一端连接第四电感L4的一端，第三电容C3的另一端连接第三双极型晶体管Q3的基极。
5.根据权利要求1所述的超宽带低噪声放大器，其特征在于：还包括第五电感L5，第五电感L5的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第五电感L5的另一端连接第四双极型晶体管Q4的发射极。
6.根据权利要求1所述的超宽带低噪声放大器，其特征在于：还包括第六电阻R6和第六电感L6，第六电感L6的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第六电感L6的另一端连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接第四双极型晶体管Q4的发射极。
7.根据权利要求6所述的超宽带低噪声放大器，其特征在于：还包括第七电感L7，第七电感L7的一端连接第三双极型晶体管Q3的集电极，第七电感L7的另一端作为整个放大器的输出端。
8.根据权利要求1所述的超宽带低噪声放大器，其特征在于：还包括第四电容C4和第五电阻R5，第四电容C4的一端和第五电阻R5的一端均连接第三双极型晶体管Q3的发射极，第四电容C4的另一端和第五电阻R5的另一端均接地。
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