CN112468105A - 一种双频段lna匹配电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双频段LNA匹配电路，包括介质基板、设置在所述介质基板的第一表面的金属地板以及设置在所述介质基板的第二表面的微带线结构；所述微带线结构包括输入端口、噪声匹配单元、第一电容、开关单元、第二电容、增益匹配单元、电感单元、偏置单元、第十微带线和输出端口；所述噪声匹配单元由若干个微带线组成，所述增益匹配单元由若干个微带线组成。采用本发明的技术方案能够同时兼顾两个频段，并且两个频段使用同一个匹配电路，能够有效减小电路面积，提高PCB利用率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种双频段LNA匹配电路。
背景技术
低噪声放大器(LNA)一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，是无线通信中的重要组成部分。
目前，无线通信系统通常工作在两个或两个以上的频段上，而现有的LNA匹配电路多工作于单个频段，在保证噪声及增益的情况下，无法同时兼顾多个频段，并且当工作频段发生改变时，会由于开关管的非线性性，导致LNA匹配电路失配，从而使得LNA的性能下降。
为了解决上述问题，实现双频放大器，现有技术提供的一种匹配方法是采用传输支路转换装置在两套不同的LNA匹配电路之间切换，但是，这种方法不能同时实现两个频段的同时匹配和同时工作，且需要设置两套匹配电路，导致电路的面积较大，PCB的利用率较低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种双频段LNA匹配电路，能够同时兼顾两个频段，并且两个频段使用同一个匹配电路，能够有效减小电路面积，提高PCB利用率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种双频段LNA匹配电路，包括介质基板、设置在所述介质基板的第一表面的金属地板以及设置在所述介质基板的第二表面的微带线结构；所述微带线结构包括输入端口、噪声匹配单元、第一电容、开关单元、第二电容、增益匹配单元、电感单元、偏置单元、第十微带线和输出端口；所述噪声匹配单元由若干个微带线组成，所述增益匹配单元由若干个微带线组成；其中，
所述噪声匹配单元的第一端与所述输入端口连接，所述噪声匹配单元的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述噪声匹配单元的第三端接地；
所述开关单元的控制端与所述第一电容的第二端连接，所述开关单元的输入端与所述第二电容的第一端连接，所述开关单元的输出端接地；
所述增益匹配单元的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述增益匹配单元的第二端与所述第十微带线的第一端连接，所述增益匹配单元的第三端接地；所述第十微带线的第二端与所述输出端口连接；
所述电感单元的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述电感单元的第二端与所述偏置单元的第二端连接，所述电感单元的第三端与所述第一电容的第二端连接，所述电感单元的第四端与所述第二电容的第一端连接；所述偏置单元的第三端接地。
进一步地，所述噪声匹配单元包括第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线；其中，
所述第一微带线的第一端与所述噪声匹配单元的第一端连接，所述第一微带线的第二端与所述第三微带线的第一端连接，所述第三微带线的第二端与所述第四微带线的第一端连接，所述第四微带线的第二端与所述噪声匹配单元的第二端连接，所述第二微带线的第一端与所述第三微带线的第一端连接，所述第二微带线的第二端与所述噪声匹配单元的第三端连接。
进一步地，所述双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2；其中，f1＜f2；则，
所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配，且在上限频率f2时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配；
所述第四微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第四微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与在上限频率f2时对应的输入阻抗为共轭阻抗。
进一步地，所述开关单元包括第五微带线、第一开关管和第六微带线；其中，
所述第五微带线的第一端与所述开关单元的控制端连接，所述第五微带线的第二端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的输入端与所述开关单元的输入端连接，所述第一开关管的输出端与所述第六微带线的第一端连接，所述第六微带线的第二端与所述开关单元的输出端连接。
进一步地，所述第一开关管为三极管或MOSFET。
进一步地，所述增益匹配单元包括第七微带线、第八微带线和第九微带线；所述第九微带线为耦合微带线；其中，
所述第七微带线的第一端与所述增益匹配单元的第一端连接，所述第七微带线的第二端与所述第九微带线的第一端连接，所述第九微带线的第二端与所述增益匹配单元的第二端连接，所述第八微带线的第一端与所述第九微带线的第一端连接，所述第八微带线的第二端与所述增益匹配单元的第三端连接。
进一步地，所述双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2；其中，f1＜f2；则，
所述第七微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第七微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与在上限频率f2时对应的输入阻抗为共轭阻抗；
所述第八微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第八微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗的虚部与在上限频率f2时对应的输入阻抗的虚部相互抵消；
所述第九微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第九微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配，且在上限频率f2时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配。
进一步地，所述电感单元包括第一射频扼流圈和第一电阻；所述第一射频扼流圈由第十一微带线和第十二微带线组成；其中，
所述第十一微带线的第一端与所述电感单元的第一端连接，所述第十一微带线的第二端与所述电感单元的第三端连接，所述第一电阻的第一端与所述电感单元的第二端连接，所述第一电阻的第二端与所述第十二微带线的第一端连接，所述第十二微带线的第二端与所述电感单元的第四端连接。
进一步地，所述第十一微带线和所述第十二微带线的长度相同，且宽度相同；所述第一射频扼流圈由所述第十一微带线和所述第十二微带线曲折构成。
进一步地，所述偏置单元包括第二电阻、第三电阻、第三电容、第四电容和DC电源；其中，
所述第二电阻的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述偏置单元的第二端连接；
所述第三电阻的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述第三电容的第一端与所述偏置单元的第二端连接，所述第三电容的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述第四电容的第一端与所述偏置单元的第二端连接，所述第四电容的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述DC电源的正极与所述偏置单元的第二端连接，所述DC电源的负极与所述偏置单元的第三端连接。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种双频段LNA匹配电路，包括介质基板、设置在所述介质基板的第一表面的金属地板以及设置在所述介质基板的第二表面的微带线结构；所述微带线结构包括输入端口、噪声匹配单元、第一电容、开关单元、第二电容、增益匹配单元、电感单元、偏置单元、第十微带线和输出端口；所述噪声匹配单元由若干个微带线组成，所述增益匹配单元由若干个微带线组成；通过使用所述微带线结构能够同时兼顾两个频段，并且两个频段使用同一个匹配电路，从而能够有效减小电路面积，提高PCB利用率。
附图说明
图1是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的一个优选实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的一个优选实施例的电路结构图；
图3是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的S11参数仿真结果示意图；
图4是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的S22参数仿真结果示意图；
图5是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的S21参数仿真结果示意图；
图6是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的带内噪声仿真结果示意图；
图7是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的稳定性系数仿真结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种双频段LNA匹配电路，参见图1所示，是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的一个优选实施例的结构示意图，所述双频段LNA匹配电路包括介质基板、设置在所述介质基板的第一表面的金属地板以及设置在所述介质基板的第二表面的微带线结构；所述微带线结构包括输入端口Pin、噪声匹配单元、第一电容C1、开关单元、第二电容C2、增益匹配单元、电感单元、偏置单元、第十微带线L10和输出端口Pout；所述噪声匹配单元由若干个微带线组成，所述增益匹配单元由若干个微带线组成；其中，
所述噪声匹配单元的第一端与所述输入端口Pin连接，所述噪声匹配单元的第二端与所述第一电容C1的第一端连接，所述噪声匹配单元的第三端接地；
所述开关单元的控制端与所述第一电容C1的第二端连接，所述开关单元的输入端与所述第二电容C2的第一端连接，所述开关单元的输出端接地；
所述增益匹配单元的第一端与所述第二电容C2的第二端连接，所述增益匹配单元的第二端与所述第十微带线L10的第一端连接，所述增益匹配单元的第三端接地；所述第十微带线L10的第二端与所述输出端口Pout连接；
所述电感单元的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述电感单元的第二端与所述偏置单元的第二端连接，所述电感单元的第三端与所述第一电容C1的第二端连接，所述电感单元的第四端与所述第二电容C2的第一端连接；所述偏置单元的第三端接地。
具体的，双频段LNA匹配电路包括上层微带线结构、中间介质基板及底层金属地板，上层微带线结构位于中间介质基板的上表面，底层金属地板位于中间介质基板的下表面；上层微带线结构包括输入端口Pin、噪声匹配单元(由若干个微带线组成)、第一电容C1(隔直电容)、开关单元、第二电容C2(隔直电容)、增益匹配单元(由若干个微带线组成)、电感单元、偏置单元、第十微带线L10和输出端口Pout；其中，上层微带线结构的噪声匹配单元以噪声最优所对应的输入阻抗来进行匹配设计，即设计噪声匹配单元中的每一个微带线所对应的特征阻抗和电长度，从而实现双频段LNA匹配电路的噪声匹配；上层微带线结构的增益匹配单元以增益最优所对应的输入阻抗来进行匹配设计，即设计增益匹配单元中的每一个微带线所对应的特征阻抗和电长度，从而实现双频段LNA匹配电路的增益匹配；上层微带线结构的噪声匹配单元的第三端、开关单元的输出端、增益匹配单元的第三端和偏置单元的第三端均接地，即可以通过金属化过孔连接到底层金属地板，从而实现接地。
参见图2所示，是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的一个优选实施例的电路结构图，在另一个优选实施例中，所述噪声匹配单元包括第一微带线L1、第二微带线L2、第三微带线L3和第四微带线L4；其中，
所述第一微带线L1的第一端与所述噪声匹配单元的第一端连接，所述第一微带线L1的第二端与所述第三微带线L3的第一端连接，所述第三微带线L3的第二端与所述第四微带线L4的第一端连接，所述第四微带线L4的第二端与所述噪声匹配单元的第二端连接，所述第二微带线L2的第一端与所述第三微带线L3的第一端连接，所述第二微带线L2的第二端与所述噪声匹配单元的第三端连接。
作为上述方案的改进，所述双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2；其中，f1＜f2；则，
所述第一微带线L1、所述第二微带线L2和所述第三微带线L3对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第一微带线L1、所述第二微带线L2和所述第三微带线L3加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配，且在上限频率f2时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配；
所述第四微带线L4对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第四微带线L4加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与在上限频率f2时对应的输入阻抗为共轭阻抗。
具体的，结合上述实施例，噪声匹配单元由第一微带线L1、第二微带线L2、第三微带线L3和第四微带线L4组成，第四微带线L4的电长度为中心频率对应的四分之一波长；在以噪声最优所对应的输入阻抗对噪声匹配单元进行匹配设计时，假设双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2(f1＜f2)，为了实现噪声匹配，第一微带线L1的特征阻抗及电长度、第二微带线L2的特征阻抗及电长度、第三微带线L3的特征阻抗及电长度需要满足：将第一微带线L1、第二微带线L2和第三微带线L3加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗与预先设置的源阻抗相匹配，并且双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗与预先设置的源阻抗相匹配；第四微带线L4的特征阻抗及电长度需要满足：将第四微带线L4加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗与双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗为共轭阻抗，即满足，第四微带线L4加入后，双频段LNA匹配电路在工作频段内，以中心频点为原点实现阻抗共轭。
结合图2所示，在又一个优选实施例中，所述开关单元包括第五微带线L5、第一开关管Q1和第六微带线L6；其中，
所述第五微带线L5的第一端与所述开关单元的控制端连接，所述第五微带线L5的第二端与所述第一开关管Q1的控制端连接，所述第一开关管Q1的输入端与所述开关单元的输入端连接，所述第一开关管Q1的输出端与所述第六微带线L6的第一端连接，所述第六微带线L6的第二端与所述开关单元的输出端连接。
作为上述方案的改进，所述第一开关管Q1为三极管或MOSFET。
具体的，结合上述实施例，开关单元由第五微带线L5、第一开关管Q1和第六微带线L6组成，图2中的第一开关管Q1为P沟道MOSFET，第一开关管Q1的控制端为P沟道MOSFET的栅极，第一开关管Q1的输入端为P沟道MOSFET的漏极，第一开关管Q1的输出端为P沟道MOSFET的源极；第六微带线L6与第一开关管Q1的输出端串联到地，起到负反馈的作用，以保持双频段LNA匹配电路的稳定性。
需要说明的是，第一开关管Q1可以为三极管或MOSFET，也可以为其他类型的开关器件，本发明实施例不作具体限定。
结合图2所示，在又一个优选实施例中，所述增益匹配单元包括第七微带线L7、第八微带线L8和第九微带线L9；所述第九微带线L9为耦合微带线；其中，
所述第七微带线L7的第一端与所述增益匹配单元的第一端连接，所述第七微带线L7的第二端与所述第九微带线L9的第一端连接，所述第九微带线L9的第二端与所述增益匹配单元的第二端连接，所述第八微带线L8的第一端与所述第九微带线L9的第一端连接，所述第八微带线L8的第二端与所述增益匹配单元的第三端连接。
作为上述方案的改进，所述双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2；其中，f1＜f2；则，
所述第七微带线L7对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第七微带线L7加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与在上限频率f2时对应的输入阻抗为共轭阻抗；
所述第八微带线L8对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第八微带线L8加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗的虚部与在上限频率f2时对应的输入阻抗的虚部相互抵消；
所述第九微带线L9对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第九微带线L9加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配，且在上限频率f2时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配。
具体的，结合上述实施例，增益匹配单元由第七微带线L7、第八微带线L8和耦合微带线L9组成，第七微带线L7的电长度和第八微带线L8的电长度均为中心频率对应的四分之一波长，耦合微带线L9的等效电长度为中心频率对应的四分之一波长；在以增益最优所对应的输入阻抗对增益匹配单元进行匹配设计时，假设双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2(f1＜f2)，为了实现增益匹配，第七微带线L7的特征阻抗及电长度需要满足：将第七微带线L7加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗与双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗为共轭阻抗，即满足，第七微带线L7加入后，双频段LNA匹配电路在工作频段内，以中心频点为原点实现阻抗共轭；第八微带线L8的特征阻抗及电长度需要满足：将第八微带线L8加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗的虚部与双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗的虚部相互抵消，即满足，第八微带线L8加入后，可以将第七微带线L7加入后所产生的共轭阻抗的虚部抵消掉，使得双频段LNA匹配电路在整个工作频段内的输入阻抗近似为实阻抗(即虚部为零)；第九微带线L9的特征阻抗及电长度需要满足：将第九微带线L9加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗与预先设置的源阻抗相匹配，并且双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗与预先设置的源阻抗相匹配。
下面以增益匹配单元为例来说明匹配电路设计的具体原理：
(1)将第七微带线L7加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗Zin1(f1)与双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗Zin1(f2)为共轭阻抗，即满足Zin1(f1)＝[Zin1(f2)]*。
由于
其中，θ7(f2)＝kθ7(f1)＝kθ7，θ7(f1)为第七微带线L7在下限频率f1上对应的电长度，θ7(f2)为第七微带线L7在上限频率f2上对应的电长度，k为上限频率f2与下限频率f1的比值，即k＝f2/f1，Rd1+jXd1为第七微带线L7加入前双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗，Rd2+jXd2为第七微带线L7加入前双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗，则结合上述公式可得第七微带线L7的特征阻抗Z7和电长度θ7为
其中，n为正整数。
(2)结合(1)可知，将第七微带线L7加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路的输入阻抗满足Zin1(f1)＝[Zin1(f2)]*，则双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入导纳Yin1(f1)以及双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入导纳Yin1(f2)可表示为：
其中，
将第八微带线L8加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗的虚部与双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗的虚部相互抵消，为了使第八微带线L8加入后起到抵消虚部的作用，必须使得第八微带线L8在工作频段内的导纳在中心频点为零，且在下限频率f1及上限频率f2上与双频段LNA匹配电路所对应的输入导纳的虚部相反，即满足将第八微带线L8加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入导纳Yin2(f1)以及双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入导纳Yin2(f2)为
则结合上述公式可得第八微带线L8的特性阻抗Z8和电长度θ8为
(3)结合(1)和(2)可知，将第七微带线L7和第八微带线L8加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路在整个工作频段内的输入阻抗近似为实阻抗；将第九微带线L9(耦合微带线)加入双频段LNA匹配电路后，双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗Zin3(f1)与预先设置的源阻抗R0相匹配，并且双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗Zin3(f2)与预先设置的源阻抗R0相匹配，这里采用耦合微带线匹配的方式来实现双频段LNA匹配电路的实阻抗匹配。
假设耦合微带线L9的奇模特征阻抗和偶模特征阻抗分别为Zco和Zce，耦合微带线L9的电长度为θ9，则耦合微带线L9在下限频率f1以及上限频率f2上所对应的ABCD矩阵可以分别对应表示为
以及
其中，θ9(f2)＝kθ9(f1)＝kθ9；双频段LNA匹配电路工作在下限频率f1时所对应的输入阻抗Zin3(f1)以及双频段LNA匹配电路工作在上限频率f2时所对应的输入阻抗Zin3(f2)(虚部抵消后Zin3(f1)＝Rin3，Zin3(f2)＝Rin3)与源阻抗R0之间的关系可以表示为
则结合上述公式可得耦合微带线L9的奇模特征阻抗Zco、偶模特征阻抗Zce和电长度θ9为
需要说明的是，噪声匹配单元的设计思路与增益匹配单元的设计思路相似，这里不再赘述。
结合图2所示，在又一个优选实施例中，所述电感单元包括第一射频扼流圈RF_CHOKE和第一电阻R1；所述第一射频扼流圈RF_CHOKE由第十一微带线L11和第十二微带线L12组成；其中，
所述第十一微带线L11的第一端与所述电感单元的第一端连接，所述第十一微带线L11的第二端与所述电感单元的第三端连接，所述第一电阻R1的第一端与所述电感单元的第二端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第十二微带线L12的第一端连接，所述第十二微带线L12的第二端与所述电感单元的第四端连接。
作为上述方案的改进，所述第十一微带线L11和所述第十二微带线L12的长度相同，且宽度相同；所述第一射频扼流圈RF_CHOKE由所述第十一微带线L11和所述第十二微带线L12曲折构成。
优选地，所述第十一微带线L11的长度和所述第十二微带线L12的长度均为20mm，所述第十一微带线L11的宽度和所述第十二微带线L12的宽度均为1mm，所述第十一微带线L11与所述第十二微带线L12之间的距离大于2mm。
具体的，结合上述实施例，电感单元由第一射频扼流圈RF_CHOKE和第一电阻R1组成，第一射频扼流圈RF_CHOKE由第十一微带线L11和第十二微带线L12曲折组成，其中，第一射频扼流圈RF_CHOKE起到电感的作用，结合第一电阻R1的使用，能够抑制射频信号回流到偏置单元的DC电源处。
需要说明的是，第一射频扼流圈RF_CHOKE由第十一微带线L11和第十二微带线L12曲折构成，曲折是为了减小电路面积，并且对第十一微带线L11和第十二微带线L12的曲折形状不作具体限定，即第一射频扼流圈RF_CHOKE的结构不是固定的，可以采用除了图2所示的形状之外的形状，但是必须保证第十一微带线L11和第十二微带线L12的长度相同，宽度相同，且第十一微带线L11与第十二微带线L12之间的距离大于2mm。
结合图2所示，在又一个优选实施例中，所述偏置单元包括第二电阻R2、第三电阻R3、第三电容C3、第四电容C4和DC电源；其中，
所述第二电阻R2的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述偏置单元的第二端连接；
所述第三电阻R3的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述第三电容C3的第一端与所述偏置单元的第二端连接，所述第三电容C3的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述第四电容C4的第一端与所述偏置单元的第二端连接，所述第四电容C4的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述DC电源的正极与所述偏置单元的第二端连接，所述DC电源的负极与所述偏置单元的第三端连接。
具体的，结合上述实施例，偏置单元由第二电阻R2、第三电阻R3、第三电容C3(滤波电容)、第四电容C4(滤波电容)和DC电源组成，第二电阻R2和第三电阻R3串联分压，结合DC电源的使用，从而为开关单元中的第一开关管Q1提供偏置电压。
为了了解本发明实施例提供的一种双频段LNA匹配电路的作用，下面以工作在2.4GHz和5～5.8GHz工作带宽的双频段LNA匹配电路为例进行说明，该双频段LNA匹配电路的具体电路参数如下：
所用的介质基板为罗杰斯4003，其厚度为0.813mm，介电常数为3.38，损耗角正切值为0.002；所使用的微带线的厚度为35um，其中，第一微带线L1长7.1mm、宽2.8mm，第二微带线L2长42mm、宽2.6mm，第三微带线L3长5.4mm、宽3mm，第四微带线L4长7.6mm、宽2mm，第五微带线L5长2mm、宽2mm，第六微带线L6长3mm、宽3.5mm，第七微带线L7长3mm、宽1.45mm，第八微带线L8长43mm、宽2.3mm，第九耦合微带线L9长36.2mm、宽分别为1.41mm及0.84mm、间距1.42mm(长是指两个微带线的共同长度，宽是指两个微带线的各自宽度，间距是指两个微带线之间的距离)，第十微带线L10长2mm、宽2mm；所使用的第一电阻R1为10Ω，第二电阻R2为50Ω，第三电阻R3为360Ω；第一电容C1为4.7pF，第二电容C2为1pF；所使用的第一开关管Q1(MOSFET)为ATF54143。
结合图3至图7所示，是本发明提供的一种双频段LNA匹配电路的仿真结果示意图，其中，图3至图7所示的横坐标均表示双频段LNA匹配电路的工作频率(单位为GHz)，根据图3和图4可知，在选取的工作频段2.4GHz和5～5.8GHz内，该双频段LNA匹配电路对应的S11参数和S22参数均在-10dB以下，说明该双频段LNA匹配电路的前端以及后端匹配良好；根据图5可知，在工作频点2.4GHz，该双频段LNA匹配电路的增益(即S21参数)为15.86dB，在工作频点5～5.8GHz内，该双频段LNA匹配电路的增益为9～10dB，与选用的MOS管ATF54343的datasheet所给定的参考设计相近；根据图6可知，该双频段LNA匹配电路在工作频点2.5GHz的噪声为0.88dB，在工作频点5～5.8GHz的噪声为1.1～1.5dB；根据图7可知，在工作频段0～6GHz以上，该双频段LNA匹配电路的稳定系数均大于1，这说明该双频段LNA匹配电路是稳定的，不会发生自激。
需要说明的是，本发明实施例仅以双频段LNA匹配电路工作在2.4GHz和5～5.8GHz工作带宽为例进行说明，双频段LNA匹配电路同样适用于其他工作频率、带宽以及电路形式，本发明实施例不作具体限定。
综上，本发明实施例所提供的一种双频段LNA匹配电路，包括介质基板、设置在介质基板的第一表面的金属地板以及设置在介质基板的第二表面的微带线结构，该微带线结构由输入端口、噪声匹配单元、第一电容、开关单元、第二电容、增益匹配单元、电感单元、偏置单元、第十微带线和输出端口组成，噪声匹配单元由若干个微带线组成，增益匹配单元由若干个微带线组成；相比于现有技术中的LNA匹配电路，该双频段LNA匹配电路通过使用上述微带线结构，能够在保持同等噪声以及增益的情况下同时兼顾两个频段，并且两个频段使用同一个匹配电路，从而能够有效减小电路面积，提高PCB利用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双频段LNA匹配电路，其特征在于，包括介质基板、设置在所述介质基板的第一表面的金属地板以及设置在所述介质基板的第二表面的微带线结构；所述微带线结构包括输入端口、噪声匹配单元、第一电容、开关单元、第二电容、增益匹配单元、电感单元、偏置单元、第十微带线和输出端口；所述噪声匹配单元由若干个微带线组成，所述增益匹配单元由若干个微带线组成；其中，
所述噪声匹配单元的第一端与所述输入端口连接，所述噪声匹配单元的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述噪声匹配单元的第三端接地；
所述开关单元的控制端与所述第一电容的第二端连接，所述开关单元的输入端与所述第二电容的第一端连接，所述开关单元的输出端接地；
所述增益匹配单元的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述增益匹配单元的第二端与所述第十微带线的第一端连接，所述增益匹配单元的第三端接地；所述第十微带线的第二端与所述输出端口连接；
所述电感单元的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述电感单元的第二端与所述偏置单元的第二端连接，所述电感单元的第三端与所述第一电容的第二端连接，所述电感单元的第四端与所述第二电容的第一端连接；所述偏置单元的第三端接地。
2.如权利要求1所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述噪声匹配单元包括第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线；其中，
所述第一微带线的第一端与所述噪声匹配单元的第一端连接，所述第一微带线的第二端与所述第三微带线的第一端连接，所述第三微带线的第二端与所述第四微带线的第一端连接，所述第四微带线的第二端与所述噪声匹配单元的第二端连接，所述第二微带线的第一端与所述第三微带线的第一端连接，所述第二微带线的第二端与所述噪声匹配单元的第三端连接。
3.如权利要求2所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2；其中，f1＜f2；则，
所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配，且在上限频率f2时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配；
所述第四微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第四微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与在上限频率f2时对应的输入阻抗为共轭阻抗。
4.如权利要求1所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述开关单元包括第五微带线、第一开关管和第六微带线；其中，
所述第五微带线的第一端与所述开关单元的控制端连接，所述第五微带线的第二端与所述第一开关管的控制端连接，所述第一开关管的输入端与所述开关单元的输入端连接，所述第一开关管的输出端与所述第六微带线的第一端连接，所述第六微带线的第二端与所述开关单元的输出端连接。
5.如权利要求4所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述第一开关管为三极管或MOSFET。
6.如权利要求1所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述增益匹配单元包括第七微带线、第八微带线和第九微带线；所述第九微带线为耦合微带线；其中，
所述第七微带线的第一端与所述增益匹配单元的第一端连接，所述第七微带线的第二端与所述第九微带线的第一端连接，所述第九微带线的第二端与所述增益匹配单元的第二端连接，所述第八微带线的第一端与所述第九微带线的第一端连接，所述第八微带线的第二端与所述增益匹配单元的第三端连接。
7.如权利要求6所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述双频段LNA匹配电路的工作频段的下限频率为f1，上限频率为f2；其中，f1＜f2；则，
所述第七微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第七微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与在上限频率f2时对应的输入阻抗为共轭阻抗；
所述第八微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第八微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗的虚部与在上限频率f2时对应的输入阻抗的虚部相互抵消；
所述第九微带线对应的特征阻抗及电长度满足：
将所述第九微带线加入所述双频段LNA匹配电路后，使得所述双频段LNA匹配电路在下限频率f1时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配，且在上限频率f2时对应的输入阻抗与预设的源阻抗相匹配。
8.如权利要求1所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述电感单元包括第一射频扼流圈和第一电阻；所述第一射频扼流圈由第十一微带线和第十二微带线组成；其中，
所述第十一微带线的第一端与所述电感单元的第一端连接，所述第十一微带线的第二端与所述电感单元的第三端连接，所述第一电阻的第一端与所述电感单元的第二端连接，所述第一电阻的第二端与所述第十二微带线的第一端连接，所述第十二微带线的第二端与所述电感单元的第四端连接。
9.如权利要求8所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述第十一微带线和所述第十二微带线的长度相同，且宽度相同；所述第一射频扼流圈由所述第十一微带线和所述第十二微带线曲折构成。
10.如权利要求1所述的双频段LNA匹配电路，其特征在于，所述偏置单元包括第二电阻、第三电阻、第三电容、第四电容和DC电源；其中，
所述第二电阻的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述偏置单元的第二端连接；
所述第三电阻的第一端与所述偏置单元的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述第三电容的第一端与所述偏置单元的第二端连接，所述第三电容的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述第四电容的第一端与所述偏置单元的第二端连接，所述第四电容的第二端与所述偏置单元的第三端连接；
所述DC电源的正极与所述偏置单元的第二端连接，所述DC电源的负极与所述偏置单元的第三端连接。
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