CN109660217A - 一种无反射微波放大装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无反射微波放大装置，包括信号输入端、信号输出端、放大器、第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三串联谐振腔、第四串联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔；当信号输入端的输入信号频率在通带内时，所有串联谐振腔处于低阻状态，所有并联谐振腔处于高阻状态，放大器导通；当信号输入端的输入信号频率在通带外时，所有串联谐振腔处于高阻状态，所有并联谐振腔处于低阻状态，放大器短路，解决了放大器在全频带内信号无反射的问题。

Description

一种无反射微波放大装置
技术领域
本发明涉及微波放大技术领域。更具体地，涉及一种无反射微波放大装置。
背景技术
微波放大器的种类包括：低噪声放大器、功率放大器、驱动放大器等，微波放大器在微波电路中有着广泛的应用，其中低噪声放大器是接收机系统的关键部件，它可以有效抑制接收机前端的噪声系数，提高接收机灵敏度，在制导、雷达、电子对抗、通讯等领域具有重要的作用。其中功率放大器是发射机系统的关键部件，功率放大器需要高效地将微波功率信号传送到天线进行发射。无论是低噪声放大器还是功率放大器，端口匹配都是重要的指标，是现实微波信号有效传输的关键，同时也是影响系统杂散、互调的关键因素。全频段端口匹配(S11)均小于-10dB的放大器称为无反射放大器。
传统的放大器通常是通带内提供增益和50欧姆匹配，而带外是通过阻带把不希望通过的信号反射回源端。在大部分应用中，这些反射回源端的信号会造成诸如互调产物、增益波动等影响系统性能的问题。类似混频器这样的非线性器件对带外信号会产生响应，且对传统滤波器导致的反射信号高度敏感。设计接近或者满足混频器定义带宽和抑制谐波需求的滤波器，是一项巨大的挑战。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种无反射微波放大装置，解决了放大器在全频带内信号无反射的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开了一种无反射微波放大装置，包括信号输入端、信号输出端、放大器、第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三串联谐振腔、第四串联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔；
当信号输入端的输入信号频率在通带内时，第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第三串联谐振腔和第四串联谐振腔处于低阻状态，第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔处于高阻状态，放大器导通；
当信号输入端的输入信号频率在通带外时，第一串联谐振腔、第二串联谐
振腔、第三串联谐振腔和第四串联谐振腔处于高阻状态，第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔处于低阻状态，放大器短路。
优选地，
所述第一串联谐振腔与信号输入端和放大器的输入端分别连接；
所述第一并联谐振腔的第一端与所述信号输入端连接，第二端与第二串联谐振腔和第二并联谐振腔的第一端分别连接；
第二串联谐振腔和第二并联谐振腔的第二端分别接地；
所述第三串联谐振腔与信号输出端和放大器的输出端分别连接；
所述第三并联谐振腔的第一端与所述信号输出端连接，第二端与第四串联谐振腔和第四并联谐振腔的第一端分别连接；
第四串联谐振腔和第四并联谐振腔的第二端分别接地。
优选地，还包括第一电阻器和第二电阻器；
所述第一电阻器的第一端与所述第一并联谐振腔的第二端连接，第二端与所述第二并联谐振腔的第一端连接；
所述第二电阻器的第一端与所述第三并联谐振腔的第二端连接，第二端与所述第四并联谐振腔的第一端连接。
优选地，所述放大器包括第一三极管、第二三极管、第一电容器、第一电感器、第二电感器、第三电感器、第四电感器、第五电感器；
所述第一电感器的第一端与放大器的输入端连接，第二端与所述第一三极管的控制端和所述第一电容器的第一端分别连接；
所述第一三极管的第一端与所述第二电感器的第一端连接，第二端与所述第三电感器的第一端连接；
所述第二电感器的第二端与第一电压端连接；
所述第三电感器的第二端接地；
所述第一电容器的第二端与所述第二三极管的控制端连接；
所述第二三极管的第一端与所述第四电感器的第一端和放大器的输出端分别连接，第二端与所述第五电感器的第一端连接；
所述第四电感器的第二端与第二电压端连接；
所述第五电感器的第二端接地。
优选地，所述第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第三串联谐振腔和第四串联谐振腔分别包括串联的一个第一谐振腔电感器和一个第一谐振腔电容器。
优选地，所述第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔分别包括并联的一个第二谐振腔电感器和一个第二谐振腔电容器。
本发明的有益效果如下：
本发明在满足传统放大器指标要求的基础上，将输入和输出匹配指标设计为全频带小于-10dB，具有在带内和带外均满足50欧姆匹配的效果，能够解决在信号链路上由于反射引起的交调、抖动等问题，解决了放大器在全频带内信号无反射的问题，本发明在应用于收发系统中时可以大幅度降低了因反射而造成的杂散信号，可以有效地应用在微波电路设计和微波电路系统应用中。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明一种无反射微波放大装置一个具体实施例的结构图。
图2示出本发明一种无反射微波放大装置一个具体实施例带内信号流向图。
图3示出本发明一种无反射微波放大装置一个具体实施例带外信号流向图。
图4示出本发明一种无反射微波放大装置一个具体实施例的电路结构图。
图5示出本发明现有技术中无反射微波放大装置的S参数图。
图6示出本发明一种无反射微波放大装置一个具体实施例的S参数图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
根据本发明的一个方面，本实施例公开了一种单板控制板的监测装置。如图1所述，本实施例中，无反射微波放大装置包括信号输入端RFin、信号输出端RFout、放大器Amp、第一串联谐振腔S_Reso1、第二串联谐振腔S_Reso2、第一并联谐振腔P_Reso1、第二并联谐振腔P_Reso2、第三串联谐振腔S_Reso3、第四串联谐振腔S_Reso4、第三并联谐振腔P_Reso3和第四并联谐振腔P_Reso4。
如图2所示，当信号输入端RFin的输入信号频率在通带内时，第一串联谐振腔S_Reso1、第二串联谐振腔S_Reso2、第三串联谐振腔S_Reso3和第四串联谐振腔S_Reso4处于低阻状态，第一并联谐振腔P_Reso1、第二并联谐振腔P_Reso2、第三并联谐振腔P_Reso3和第四并联谐振腔P_Reso4处于高阻状态，放大器Amp导通，对信号进行放大后从信号输出端RFout输出。
如图3所示，当信号输入端RFin的输入信号频率在通带外时，第一串联谐振腔S_Reso1、第二串联谐振腔S_Reso2、第三串联谐振腔S_Reso3和第四串联谐振腔S_Reso4处于高阻状态，第一并联谐振腔P_Reso1、第二并联谐振腔P_Reso2、第三并联谐振腔P_Reso3和第四并联谐振腔P_Reso4处于低阻状态，放大器Amp短路。
从而实现通带内信号的通过，提供增益和50欧姆匹配，而阻挡带外的信号并反射回源端。
在优选的实施方式中，单板控制板的监测装置的连接关系可为：所述第一串联谐振腔S_Reso1与信号输入端RFin和放大器Amp的输入端分别连接；所述第一并联谐振腔P_Reso1的第一端与所述信号输入端RFin连接，第二端与第二串联谐振腔S_Reso2和第二并联谐振腔P_Reso2的第一端分别连接；第二串联谐振腔S_Reso2和第二并联谐振腔P_Reso2的第二端分别接地；所述第三串联谐振腔S_Reso3与信号输出端RFout和放大器Amp的输出端分别连接；所述第三并联谐振腔P_Reso3的第一端与所述信号输出端RFout连接，第二端与第四串联谐振腔S_Reso4和第四并联谐振腔P_Reso4的第一端分别连接；第四串联谐振腔S_Reso4和第四并联谐振腔P_Reso4的第二端分别接地。
在优选的实施方式中，单板控制板的监测装置还包括第一电阻器R1和第二电阻器R2。所述第一电阻器R1的第一端与所述第一并联谐振腔P_Reso1的第二端连接，第二端与所述第二并联谐振腔P_Reso2的第一端连接；所述第二电阻器R2的第一端与所述第三并联谐振腔P_Reso3的第二端连接，第二端与所述第四并联谐振腔P_Reso4的第一端连接。
当无反射放大器Amp工作在通频带内时，所有串联谐振腔呈现低阻状态，所有并联谐振腔呈现高阻状态，此时放大单元导通并提高增益，而当无反射放大器Amp工作在通频带外时，所有串联谐振腔呈现高阻状态，所有并联谐振腔呈现低阻状态，此时放大器Amp的输入输出端口被短路到匹配第一电阻器R1和第二电阻器R2，放大器Amp可在不影响其他指标的情况下，在全频带无反射，输入和输出端口在全频率范围内均匹配至50欧姆。
在优选的实施方式中，如图4所示，所述放大器Amp包括第一三极管M1、第二三极管M2、第一电容器C1、第一电感器L1、第二电感器L2、第三电感器L3、第四电感器L4和第五电感器L5。
放大器Amp中各器件的具体连接关系可为：所述第一电感器L1的第一端与放大器Amp的输入端连接，第二端与所述第一三极管M1的控制端和所述第一电容器C1的第一端分别连接；所述第一三极管M1的第一端与所述第二电感器L2的第一端连接，第二端与所述第三电感器L3的第一端连接；所述第二电感器L2的第二端与第一电压端连接；所述第三电感器L3的第二端接地；所述第一电容器C1的第二端与所述第二三极管M2的控制端连接；所述第二三极管M2的第一端与所述第四电感器L4的第一端和放大器Amp的输出端分别连接，第二端与所述第五电感器L5的第一端连接；所述第四电感器L4的第二端与第二电压端连接；所述第五电感器L5的第二端接地。
在优选的实施方式中，所述第一串联谐振腔S_Reso1、第二串联谐振腔S_Reso2、第三串联谐振腔S_Reso3和第四串联谐振腔S_Reso4可分别包括串联的一个第一谐振腔电感器和一个第一谐振腔电容器。
在优选的实施方式中，所述第一并联谐振腔P_Reso1、第二并联谐振腔P_Reso2、第三并联谐振腔P_Reso3和第四并联谐振腔P_Reso4可分别包括并联的一个第二谐振腔电感器和一个第二谐振腔电容器。
例如，本实施例中，第一串联谐振腔S_Reso1包括第一谐振腔电感器Ls1和第一谐振腔电容器Cs1，第二串联谐振腔S_Reso2包括第一谐振腔电感器Ls2和第一谐振腔电容器Cs2，第三串联谐振腔S_Reso2包括第一谐振腔电感器Ls3和第一谐振腔电容器Cs3，第四串联谐振腔S_Reso2包括第一谐振腔电感器Ls4和第一谐振腔电容器Cs4。第一并联谐振腔P_Reso1包括第二谐振腔电感器Lp1和第二谐振腔电容器Cp1，第二并联谐振腔P_Reso2包括第二谐振腔电感器Lp2和第二谐振腔电容器Cp2，第三并联谐振腔P_Reso3包括第二谐振腔电感器Lp3和第二谐振腔电容器Cp3，第四并联谐振腔P_Reso4包括第二谐振腔电感器Lp4和第二谐振腔电容器Cp4。
图5和图6分别示出传统放大器的S参数图和本发明无反射微波放大装置一个具体例子中测试得到的S参数图，其中，图5中分别示出现有技术中放大器的增益曲线S21和匹配曲线S11，图6中分别示出本发明放大器的增益曲线S(2，1)和匹配曲线S(2，2)。由此可得到，本发明在满足传统放大器Amp指标要求的基础上，将输入和输出匹配指标设计为全频带小于-10dB，具有在带内和带外均满足50欧姆匹配的效果，能够解决在信号链路上由于反射引起的交调、抖动等问题，解决了放大器Amp在全频带内信号无反射的问题，本发明在应用于收发系统中时可以大幅度降低了因反射而造成的杂散信号，可以有效地应用在微波电路设计和微波电路系统应用中。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种无反射微波放大装置，其特征在于，包括信号输入端、信号输出端、放大器、第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三串联谐振腔、第四串联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔；
当信号输入端的输入信号频率在通带内时，第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第三串联谐振腔和第四串联谐振腔处于低阻状态，第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔处于高阻状态，放大器导通；
当信号输入端的输入信号频率在通带外时，第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第三串联谐振腔和第四串联谐振腔处于高阻状态，第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔处于低阻状态，放大器短路。
2.根据权利要求1所述的无反射微波放大装置，其特征在于，
所述第一串联谐振腔与信号输入端和放大器的输入端分别连接；
所述第一并联谐振腔的第一端与所述信号输入端连接，第二端与第二串联谐振腔和第二并联谐振腔的第一端分别连接；
第二串联谐振腔和第二并联谐振腔的第二端分别接地；
所述第三串联谐振腔与信号输出端和放大器的输出端分别连接；
所述第三并联谐振腔的第一端与所述信号输出端连接，第二端与第四串联谐振腔和第四并联谐振腔的第一端分别连接；
第四串联谐振腔和第四并联谐振腔的第二端分别接地。
3.根据权利要求2所述的无反射微波放大装置，其特征在于，还包括第一电阻器和第二电阻器；
所述第一电阻器的第一端与所述第一并联谐振腔的第二端连接，第二端与所述第二并联谐振腔的第一端连接；
所述第二电阻器的第一端与所述第三并联谐振腔的第二端连接，第二端与所述第四并联谐振腔的第一端连接。
4.根据权利要求1所述的无反射微波放大装置，其特征在于，所述放大器包括第一三极管、第二三极管、第一电容器、第一电感器、第二电感器、第三电感器、第四电感器、第五电感器；
所述第一电感器的第一端与放大器的输入端连接，第二端与所述第一三极管的控制端和所述第一电容器的第一端分别连接；
所述第一三极管的第一端与所述第二电感器的第一端连接，第二端与所述第三电感器的第一端连接；
所述第二电感器的第二端与第一电压端连接；
所述第三电感器的第二端接地；
所述第一电容器的第二端与所述第二三极管的控制端连接；
所述第二三极管的第一端与所述第四电感器的第一端和放大器的输出端分别连接，第二端与所述第五电感器的第一端连接；
所述第四电感器的第二端与第二电压端连接；
所述第五电感器的第二端接地。
5.根据权利要求1所述的无反射微波放大装置，其特征在于，所述第一串联谐振腔、第二串联谐振腔、第三串联谐振腔和第四串联谐振腔分别包括串联的一个第一谐振腔电感器和一个第一谐振腔电容器。
6.根据权利要求1所述的无反射微波放大装置，其特征在于，所述第一并联谐振腔、第二并联谐振腔、第三并联谐振腔和第四并联谐振腔分别包括并联的一个第二谐振腔电感器和一个第二谐振腔电容器。
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