CN116582091A - 信号放大器 - Google Patents

Abstract

一种信号放大器，包括：输入匹配网络，包括第一端和第二端，第一端与射频输入端连接；第二端与第一晶体管的第一栅极连接；第一晶体管；第二晶体管，包括与第一晶体管的第一漏极连接的第二栅极；输出匹配网络，设置在与第二晶体管的第二漏极和射频输出端之间；第一栅极有源偏置网络，经由设置在第一支路上的输入匹配网络与第一栅极连接，第一栅极有源偏置网络用于控制第一栅极的偏置电压；第一漏极有耗偏置网络，设置在第二支路上的第一栅极有源偏置网络与第一漏极之间，第一漏极有耗偏置网络还与电源端口连接，第一漏极有耗偏置网络用于控制第一漏极的偏置电压和偏置电流。

Description

信号放大器

技术领域

本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种信号放大器。

背景技术

信号放大器是信号进入无线接收系统后的第一个有源器件，在信号传输过程中有着的重要地位，其性能对信号传输的性能水平有决定性影响，信号放大器的噪声系数不仅决定了信号传输整体的噪声性能，还直接影响着无线接收系统的灵敏度。

然而，随着无线接收系统的快速发展，无线接收系统工作频率的要求越来越宽，目前的信号放大器的性能指标已经渐渐无法满足无线接收系统的指标要求，出现噪声系数指标较差、增益偏低和需要设置负电压等缺陷，使无线接收系统的灵敏度降低。

发明内容

本发明的实施例提出了一种信号放大器，以至少解决上述现有技术中存在的上述或者其它方面的至少一种技术问题。

根据本发明的实施例，提供了一种信号放大器，包括：输入匹配网络，包括第一端和第二端，所述第一端与射频输入端连接，用于接收初始射频信号；所述第二端与第一晶体管的第一栅极连接，其中，所述输入匹配网络用于将所述第一栅极的阻抗与所述射频输入端的输出阻抗匹配；所述第一晶体管，用于将所述初始射频信号放大为第一射频信号；第二晶体管，包括与所述第一晶体管的第一漏极连接的第二栅极，所述第二晶体管用于将所述第一射频信号放大为第二射频信号；输出匹配网络，设置在与所述第二晶体管的第二漏极和射频输出端之间，所述输出匹配网络用于将所述第二漏极的阻抗与所述射频输出端的输入阻抗匹配，并将所述第二射频信号输出至所述射频输出端；第一栅极有源偏置网络，经由设置在第一支路上的所述输入匹配网络与所述第一栅极连接，所述第一栅极有源偏置网络用于控制所述第一栅极的偏置电压；第一漏极有耗偏置网络，设置在第二支路上的所述第一栅极有源偏置网络与所述第一漏极之间，所述第一漏极有耗偏置网络还与电源端口连接，所述第一漏极有耗偏置网络用于控制所述第一漏极的偏置电压和偏置电流。

根据本发明实施例，还包括：第二栅极有源偏置网络，与设置在第三支路上的所述第二栅极连接，所述第二栅极有源偏置网络用于控制所述第二栅极的偏置电压；第二漏极有耗偏置网络，设置在第四支路的所述第二栅极有源偏置网络和所述输出匹配网络之间，所述第二漏极有耗偏置网络还与电源端口连接，所述第二漏极有耗偏置网络用于控制所述第二漏极的偏置电压和偏置电流。

根据本发明实施例，还包括设置在所述第一漏极和所述第二栅极之间的级间匹配网络，所述级间匹配网络包括依次串联的第一电感、第一电容、第二电感和第三电感；其中，所述第一漏极有耗偏置网络经由所述第一电感与所述第一漏极连接；所述第二栅极有源偏置网络经由所述第三电感与所述第二栅极连接。

根据本发明实施例，还包括：第一负反馈网络，设置在所述输入匹配网络和所述第一栅极有源偏置网络之间，所述第一负反馈网络还连接在所述级间匹配网络和所述第一漏极有耗偏置网络之间，所述第一负反馈网络用于将所述第一漏极的输出信号进行分压并反馈至所述第一栅极，以降低所述信号放大器的低频增益，提高所述信号放大器的增益平坦度和低频稳定性。

根据本发明实施例，还包括：第二负反馈网络，设置在所述输出匹配网络和所述级间匹配网络之间，并连接在所述第二电感和所述第三电感之间，所述第二负反馈网络用于将所述第二漏极的输出信号进行分压并反馈至所述第二栅极，以降低所述信号放大器的低频增益，提高所述信号放大器的增益平坦度和低频稳定性。

根据本发明实施例，还包括：第一源极匹配网络，第一晶体管的第一源极经由所述第一源极匹配网络接地；第二源极匹配网络，第二晶体管的第二源极经由所述第二源极匹配网络接地。

根据本发明实施例，所述第一漏极有耗偏置网络包括依次串联的第一电阻、第二电容、第二电阻和第四电感；其中，所述第四电感与所述级间匹配网络连接，所述电源端口连接在所述第二电容和所述第二电阻之间，所述第一栅极有源偏置网络连接在所述第二电阻和所述第四电感之间；所述第二电阻和所述第四电感，用于向所述第一漏极提供射频阻抗以阻止所述第一射频信号输出至所述电源端口。

根据本发明实施例，所述第二漏极有耗偏置网络包括依次串联的第三电阻、第三电容、第四电阻、电感电阻组和第五电感；其中，所述第五电感与所述输出匹配网络连接，所述第二栅极有源偏置网络连接在所述第四电阻和所述电感电阻组之间，所述电源端口连接在所述第三电容和所述第四电阻之间；所述第四电阻、所述电感电阻组和所述第五电感，用于向所述第二漏极提供射频阻抗以阻止所述第二射频信号输出至所述电源端口；所述电感电阻组包括并联的第五电阻和第六电感。

根据本发明实施例，所述第一栅极有源偏置网络包括与所述第一漏极有耗偏置网络连接的第六电阻、与所述第一负反馈网络连接的第七电阻、连接在所述第六电阻和所述第七电阻之间的第三晶体管以及与所述第三晶体管的第三源极连接的第八电阻，其中，所述第三晶体管的第三栅极和第三漏极分别连接在所述第六电阻和所述第七电阻之间。

根据本发明实施例，所述第二栅极有源偏置网络包括与所述第二漏极有耗偏置网络连接的第九电阻、与所述级间匹配网络连接的第十电阻、连接在所述第九电阻和所述第十电阻之间的第四晶体管以及与所述第四晶体管的第四源极连接的第十一电阻，其中，所述第四晶体管的第四栅极和第四漏极分别连接在所述第九电阻和所述第十电阻之间。

根据本发明实施例，通过依次设置输入匹配网络、第一晶体管、第二晶体管和输出匹配网络可以实现将由射频输入端输出的初始射频信号经过二级放大为第二射频信号，通过设置第一栅极有源偏置网络与第一栅极连接，可以减小信号放大器输入端引入的损耗，从而降低信号放大器的噪声系数，可以实现自偏置供电，即无需设置负电压，通过将第一栅极有源偏置网络设置在第一漏极有耗偏置网络之后，第一栅极有源偏置网络经由第一漏极有耗偏置网络与电源端口连接，通过第一漏极有耗偏置网络的分压作用，可以稳定第一晶体管的工作电流，通过设置第一漏极有耗偏置网络可以向第一漏极提供偏置电压和电流的同时提供较高的射频阻抗，进而可以实现应用较小的电感量达到较大电感值的扼流效果。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的信号放大器的组成示意图；

图2示出了根据本发明实施例的信号放大器的简易电路连接示意图；

图3示出了根据本发明实施例的信号放大器的噪声系数测试曲线图；

图4示出了根据本发明实施例的信号放大器的增益实测曲线图。

【附图标记】

IN：射频输入端；

OUT：射频输出端；

VD：电源端口；

1：输入匹配网络；

2：第一晶体管；

3：第二晶体管；

4：输出匹配网络；

5：第一栅极有源偏置网络；

6：第一漏极有耗偏置网络；

7：第二栅极有源偏置网络；

8：第二漏极有耗偏置网络；

81：电感电阻组；

9：级间匹配网络；

10：第一负反馈网络；

11：第二负反馈网络；

12：第一源极匹配网络；

13：第二源极匹配网络；

FET3：第三晶体管；

FET4：第四晶体管；

C1：第一电容；

C2：第二电容；

C3：第三电容；

C4：第四电容；

C5：第五电容；

C6：第六电容；

C7：第七电容；

R1：第一电阻；

R2：第二电阻；

R3：第三电阻；

R4：第四电阻；

R5：第五电阻；

R6：第六电阻；

R7：第七电阻；

R8：第八电阻；

R9：第九电阻；

R10：第十电阻；

R11：第十一电阻；

R12：第十二电阻；

R13：第十三电阻；

L1：第一电感；

L2：第二电感；

L3：第三电感；

L4：第四电感；

L5：第五电感；

L6：第六电感；

L7：第七电感；

L8：第八电感；

L9：第九电感；

L10：第十电感；

L11：第十一电感；

L12：第十二电感；

L13：第十三电感；

L14：第十四电感。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语包括技术和科学术语具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现对如下技术术语进行解释说明。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等。

在实现本发明的过程中发现，相关技术中在0.1-18GHz范围内的信号放大器的噪声系数大约为3dB，在边带处噪声系数甚至会恶化至4dB以上，增益大约为16dB，增益偏低，并且为了保证系统的整体增益，往往需要使用更多级数进行放大，使系统的复杂度、尺寸以及功耗增加。

并且，在相关技术中对于低频100MHz的射频信号，漏极偏置网络需要在保证直流电流低损耗通过的同时提供较高的阻抗来防止射频信号泄露至电源端口VD，为了满足工作频率至100MHz的偏置网络，需要设置电感值到200nH以上的扼流电感。然而对于单片集成电路，受限于平面加工工艺、电路尺寸以及电感金属线厚度等因素限制，芯片内仅能实现100nH左右的电感，并且这种大电感的谐振频率也低于18GHz。因此，目前的信号放大器芯片无法片内集成偏置网络，需要在芯片输出端外接超宽带锥形电感，但锥形电感价格昂贵，需要复杂的匹配电路，同时对装配要求较高，需要增加额外的装配调试工作，使用不方便。

图1示出了根据本发明实施例的信号放大器的组成示意图。

图2示出了根据本发明实施例的信号放大器的简易电路连接示意图。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种信号放大器，包括输入匹配网络1、第一晶体管2、第二晶体管3、输出匹配网络4、第一栅极有源偏置网络5和第一漏极有耗偏置网络6，以实现两级放大。

根据本发明实施例，输入匹配网络1包括第一端和第二端，第一端与射频输入端IN连接，可以用于接收初始射频信号。第二端与第一晶体管2的第一栅极连接。输入匹配网络1可以用于对信号放大器的噪声系数进行匹配，并且可以将第一栅极的阻抗与射频输入端IN的输出阻抗匹配。例如，将第一栅极的阻抗匹配至50Ω。

根据本发明实施例，第一晶体管2可以用于将初始射频信号放大为第一射频信号。

根据本发明实施例，第二晶体管3可以用于将第一射频信号放大为第二射频信号。第二晶体管3包括与第一晶体管2的第一漏极连接的第二栅极。

根据本发明实施例，输出匹配网络4设置在与第二晶体管3的第二漏极和射频输出端OUT之间，输出匹配网络4可以用于将第二漏极的阻抗与射频输出端OUT的输入阻抗匹配，并将第二射频信号输出至射频输出端OUT。

根据本发明实施例，第一栅极有源偏置网络5可以经由设置在第一支路上的输入匹配网络1与第一栅极连接，第一栅极有源偏置网络5可以用于控制第一栅极的偏置电压。如图1所示的第一栅极有源偏置网络5、输入匹配网络1和第一晶体管2在第一支路上。

根据本发明实施例，第一漏极有耗偏置网络6设置在第二支路上的第一栅极有源偏置网络5与第一漏极之间，第一漏极有耗偏置网络6还与电源端口VD连接，第一漏极有耗偏置网络6可以用于控制第一漏极的偏置电压和偏置电流。如图1所示的第一栅极有源偏置网络5、第一漏极有耗偏置网络6和第一晶体管2在第二支路上。

根据本发明实施例，通过依次设置输入匹配网络1、第一晶体管2、第二晶体管3和输出匹配网络4可以实现将由射频输入端IN输出的初始射频信号经过二级放大为第二射频信号，通过设置第一栅极有源偏置网络5与第一栅极连接，可以减小信号放大器输入端引入的损耗，从而降低信号放大器的噪声系数，可以实现自偏置供电，无需设置负电压，通过将第一栅极有源偏置网络5设置在第一漏极有耗偏置网络6之后，第一栅极有源偏置网络5经由第一漏极有耗偏置网络6与电源端口VD连接，通过第一漏极有耗偏置网络6的分压作用，可以稳定第一晶体管2的工作电流，通过设置第一漏极有耗偏置网络6可以向第一漏极提供偏置电压和电流的同时提供较高的射频阻抗，进而可以实现应用较小的电感量达到较大电感值的扼流效果。

根据本发明实施例，信号放大器还可以包括第二栅极有源偏置网络7和第二漏极有耗偏置网络8。

根据本发明实施例，第二栅极有源偏置网络7与设置在第三支路上的第二栅极连接，第二栅极有源偏置网络7可以用于控制第二栅极的偏置电压。如图1所示的第二栅极有源偏置网络7和第一晶体管2在第三支路上。

根据本发明实施例，第二漏极有耗偏置网络8设置在第四支路的第二栅极有源偏置网络7和输出匹配网络4之间，第二漏极有耗偏置网络8还与电源端口VD连接，第二漏极有耗偏置网络8可以用于控制第二漏极的偏置电压和偏置电流。如图1所示的第二栅极有源偏置网络7、第二漏极有耗偏置网络8和第一晶体管2在第四支路上。

根据本发明实施例，信号放大器还包括设置在第一漏极和第二栅极之间的级间匹配网络9，级间匹配网络9包括依次串联的第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2和第三电感L3。

根据本发明实施例，第一漏极有耗偏置网络6经由第一电感L1与第一漏极连接。第二栅极有源偏置网络7经由第三电感L3与第二栅极连接。第一电容C1可以起到隔离直流的作用，并且可以降低信号放大器低频的增益，提高信号放大器的增益平坦度。第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3可以组成低通滤波网络，可以将第一漏极和第二栅极进行阻抗匹配。

根据本发明实施例，信号放大器还包括第一负反馈网络10。第一负反馈网络10设置在输入匹配网络1和第一栅极有源偏置网络5之间，第一负反馈网络10还连接在级间匹配网络9和第一漏极有耗偏置网络6之间，第一负反馈网络10可以用于将第一漏极的输出信号进行分压并反馈至第一栅极，以降低信号放大器的低频增益，进而可以提高信号放大器的增益平坦度和低频稳定性。

根据本发明实施例，信号放大器还包括第二负反馈网络11。第二负反馈网络11设置在输出匹配网络4和级间匹配网络9之间，并连接在第二电感L2和第三电感L3之间，第二负反馈网络11可以用于将第二漏极的输出信号进行分压并反馈至第二栅极，以降低信号放大器的低频增益，提高信号放大器的增益平坦度和低频稳定性。

通过设置第一负反馈网络10和第二负反馈网络11可以降低信号放大器低频的增益，提高信号放大器的增益平坦度，并且可以对第一栅极与第一漏极和第二栅极和第二漏极分别进行阻抗匹配，可以优化信号放大器的输入输出回波损耗，可以实现将信号放大器的工作带宽拓展至0.1-18GHz。

根据本发明实施例，信号放大器还包括第一源极匹配网络12和第二源极匹配网络13。第一源极匹配网络12可以设置为第十三电感L13。通过设置第一源极匹配网络12可以对第一源极进行匹配，同时可以对第一晶体管2的最佳噪声系数匹配点和最大增益匹配点进行调节，进而可以将两个匹配点拉近，从而可以使信号放大器更加容易实现增益和噪声系数的同时匹配。

根据本发明实施例，第一晶体管2的第一源极经由第一源极匹配网络12接地。第二晶体管3的第二源极经由第二源极匹配网络13接地。第二源极匹配网络13可以设置为第十四电感L14。通过设置第二源极匹配网络13可以对第二源极进行匹配，同时可以对第二晶体管3的最佳噪声系数匹配点和最大增益匹配点进行调节，进而可以将两个匹配点拉近，从而可以使信号放大器更加容易实现增益和噪声系数的同时匹配。

根据本发明实施例，第一漏极有耗偏置网络6包括依次串联的第一电阻R1、第二电容C2、第二电阻R2和第四电感L4。第一漏极有耗偏置网络6经由第一电阻R1接地。

根据本发明实施例，第四电感L4与级间匹配网络9连接，电源端口VD连接在第二电容C2和第二电阻R2之间，第一栅极有源偏置网络5连接在第二电阻R2和第四电感L4之间，通过第二电阻R2对电压的反馈作用，可以进一步稳定第一晶体管2的工作电流。

根据本发明实施例，第二电阻R2和第四电感L4可以组成有耗扼流网络，可以实现大电感的扼流作用，可以向第一漏极提供偏置电压和电流的同时提供较高的射频阻抗，以阻止第一射频信号输出至电源端口VD。第一电阻R1和第二电容C2可以对电源端口VD的输出信号进行滤波处理，进而可以提高信号放大器低频的稳定性。

第二电阻R2和第四电感L4串联后的阻抗，其中，r2表示第二电阻R2的电阻值，f表示频率，l4表示第四电感L4的电感值，j为虚数。对于100MHz工作频率，当r2=80Ω时，70nH的电感即可实现200nH的扼流效果；当r2=100Ω时，40nH的电感即可实现200nH的扼流效果。通过设置第二电阻R2的电阻值，可以以较小的电感值实现较大电感值的效果。

根据本发明实施例，第二漏极有耗偏置网络8包括依次串联的第三电阻R3、第三电容C3、第四电阻R4、电感电阻组81和第五电感L5。第二漏极有耗偏置网络8经由第三电阻R3接地。

根据本发明实施例，第五电感L5与输出匹配网络4连接，第二栅极有源偏置网络7连接在第四电阻R4和电感电阻组81之间，电源端口VD连接在第三电容C3和第四电阻R4之间。

根据本发明实施例，第四电阻R4、电感电阻组81和第五电感L5可以组成耗扼流网络，可以用于向第二漏极提供偏置电压和偏置电流并且可以向第二漏极提供较高的射频阻抗以阻止第二射频信号输出至电源端口VD。第三电阻R3和第三电容C3可以对电源端口VD输出的电信号进行滤波处理，进而可以提高信号放大器低频的稳定性。

根据本发明实施例，电感电阻组81包括并联的第五电阻R5和第六电感L6。

第五电感L5和第六电感L6串联后可以增大扼流网络电感值，从而可以降低第四电阻R4的阻值，例如，将第四电阻R4的阻值由200Ω降低至50Ω以下，进而可以将信号放大器的输出功率提高P1dB。第五电阻R5和第六电感L6并联后，可以提高扼流网络的整体谐振频率，进而可以防止信号放大器在0.1-18GHz带宽范围内出现谐振或自激。

根据本发明实施例，通过以上设计，第一漏极有耗偏置网络6和第二漏极有耗偏置网络8，可以集成在芯片内部，在芯片外部无需再添加超宽带锥形电感，使用方便，并且可以降低使用成本。

根据本发明实施例，第一栅极有源偏置网络5包括与第一漏极有耗偏置网络6连接的第六电阻R6、与第一负反馈网络10连接的第七电阻R7、连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间的第三晶体管FET3以及与第三晶体管FET3的第三源极连接的第八电阻R8。第三晶体管FET3的第三栅极和第三漏极分别连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间。第三晶体管FET3的源极经第八电阻R8接地。

根据本发明实施例，第六电阻R6、第八电阻R8和第三晶体管FET3可以构成分压电路，可以向第一栅极提供偏置电压。通过将第三晶体管FET3的电流镜像至第一晶体管2的方式，可以提高第一晶体管2工作电流的稳定性，从而可以减小第一晶体管2的工作电流随工艺加工误差、芯片工作温度等因素的波动，可以集成在芯片内部，可以提高信号放大器电流的一致性。

根据本发明实施例，通过设置第七电阻R7，第一栅极有源偏置网络5经由第七电阻R7和第一负反馈网络10与第一栅极连接，可以减小信号放大器输入端引入的损耗，从而降低信号放大器的噪声系数。

根据本发明实施例，通过设置第一栅极有源偏置网络5经由第二电阻R2与电源端口VD连接，通过第二电阻R2对电压的反馈作用，可以进一步稳定第一晶体管2的工作电流。

根据本发明实施例，第二栅极有源偏置网络7包括与第二漏极有耗偏置网络8连接的第九电阻R9、与级间匹配网络9连接的第十电阻R10、连接在第九电阻R9和第十电阻R10之间的第四晶体管FET4以及与第四晶体管FET4的第四源极连接的第十一电阻R11。第四晶体管FET4的第四栅极和第四漏极分别连接在第九电阻R9和第十电阻R10之间。第四晶体管FET4的第四源极经由第十一电阻R11接地。

根据本发明实施例，第九电阻R9、第十一电阻R11和第四晶体管FET4可以构成分压电路，可以为第二栅极提供偏置电压。

根据本发明实施例，通过将第四晶体管FET4的电流镜像至第二晶体管3，可以保证第二晶体管3工作电流的稳定性，进而可以减小第二晶体管3的工作电流随工艺加工误差、芯片工作温度等因素的波动。

根据本发明实施例，通过将第二栅极有源偏置网络7经由第四电阻R4与电源端口VD连接，通过第四电阻R4对电压的反馈作用，可以进一步稳定第二晶体管3的工作电流。

根据本发明实施例，通过设置第一栅极有源偏置网络5和第二栅极有源偏置网络7集成在芯片内部，可以实现自偏置供电，即无需设置负电压，使用方便。

根据本发明实施例，第一负反馈网络10包括依次串联的第十二电阻R12、第七电感L7和第四电容C4。

根据本发明实施例，第十二电阻R12设置在第一栅极有源偏置网络5和输入匹配网络1之间。第四电容C4连接在第一漏极有耗偏置网络6和级间匹配网络9之间。第一栅极有源偏置网络5经由第七电阻R7和第十二电阻R12与第一栅极连接，可以减小输入端引入的损耗，从而降低信号放大器的噪声系数。

根据本发明实施例，第二负反馈网络11包括依次串联的第十三电阻R13、第八电感L8和第五电容C5。

根据本发明实施例，第十三电阻R13连接在第五电感L5和第六电感L6之间。第五电容C5与输出匹配网络4连接。

根据本发明实施例，输入匹配网络1包括依次串联的第九电感L9、第十电感L10和第六电容C6。

根据本发明实施例，第九电感L9与第一栅极连接。第九电感L9和第十电感L10之间连接第一负反馈网络10。第十电感L10和第六电容C6之间连接射频输入端IN。输入匹配网络1可以通过第六电容C6接地。

根据本发明实施例，第九电感L9、第十电感L10和第六电容C6可以组成低通滤波网络，可以将第一栅极阻抗与射频输入端IN的输出阻抗匹配，例如将第一栅极的阻抗匹配至50Ω，也可以对信号放大器的噪声系数进行匹配。

根据本发明实施例，输出匹配网络4包括依次串联的第十一电感L11、第十二电感L12和第七电容C7。

根据本发明实施例，第十一电感L11与第二漏极连接。第十一电感L11和第十二电感L12之间连接第二漏极有耗偏置网络8和第二负反馈网络11。第十二电感L12和第七电容C7之间连接射频输出端OUT。输出匹配网络4经由第七电容C7接地。

根据本发明实施例，第十一电感L11、第十二电感L12和第七电容C7可以组成低通滤波网络，可以将第二漏极的阻抗与射频输出端OUT的输入阻抗匹配，例如，将第二漏极的阻抗匹配至50Ω。

根据本发明实施例，第一支路由第一栅极、第九电感L9、第十二电阻R12、第七电阻R7、第六电阻R6和第四电感L4组成。第二支路由第四电感L4、第一电感L1和第一漏极组成。第三支路由第二栅极、第三电感L3、第十电阻R10和第九电阻R9组成。第四支路由第九电阻R9、电感电阻组81、第五电感L5、第十一电感L11和第二漏极组成。

根据本发明实施例，第一晶体管2至第四晶体管FET4可以采用增强型（E-mode）PHEMT晶体管，以提供较高的增益、较好的噪声系数和较好的截止频率，进而无需单电源供电，无需单独提供负电压。

图3示出了根据本发明实施例的信号放大器的噪声系数测试曲线图。

如图3所示，信号放大器的噪声系数在全频带常温状态下小于2dB，具有良好的性能。

图4示出了根据本发明实施例的信号放大器的增益实测曲线图。

如图4所示，信号放大器的增益在全频带常温状态下大于23dB。相较于传统给信号放大器增益可以提高大约6dB。

根据本发明实施例，信号放大器芯片尺寸可以做到3mm*1.3mm，相较于传统给信号放大器芯片尺寸可以减小大于70%。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使可以用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10%的变化、在一些实施例中±5%的变化、在一些实施例中±1%的变化、在一些实施例中±0.5%的变化。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不可以用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号放大器，其特征在于，包括：

输入匹配网络（1），包括第一端和第二端，所述第一端与射频输入端连接，用于接收初始射频信号；所述第二端与第一晶体管（2）的第一栅极连接，其中，所述输入匹配网络（1）用于将所述第一栅极的阻抗与所述射频输入端的输出阻抗匹配；

所述第一晶体管（2），用于将所述初始射频信号放大为第一射频信号；

第二晶体管（3），包括与所述第一晶体管（2）的第一漏极连接的第二栅极，所述第二晶体管（3）用于将所述第一射频信号放大为第二射频信号；

输出匹配网络（4），设置在与所述第二晶体管（3）的第二漏极和射频输出端之间，所述输出匹配网络（4）用于将所述第二漏极的阻抗与所述射频输出端的输入阻抗匹配，并将所述第二射频信号输出至所述射频输出端；

第一栅极有源偏置网络（5），经由设置在第一支路上的所述输入匹配网络（1）与所述第一栅极连接，所述第一栅极有源偏置网络（5）用于控制所述第一栅极的偏置电压；

第一漏极有耗偏置网络（6），设置在第二支路上的所述第一栅极有源偏置网络（5）与所述第一漏极之间，所述第一漏极有耗偏置网络（6）还与电源端口连接，所述第一漏极有耗偏置网络（6）用于控制所述第一漏极的偏置电压和偏置电流。

2.根据权利要求1所述的信号放大器，其特征在于，还包括：

第二栅极有源偏置网络（7），与设置在第三支路上的所述第二栅极连接，所述第二栅极有源偏置网络（7）用于控制所述第二栅极的偏置电压；

第二漏极有耗偏置网络（8），设置在第四支路的所述第二栅极有源偏置网络（7）和所述输出匹配网络（4）之间，所述第二漏极有耗偏置网络（8）还与电源端口连接，所述第二漏极有耗偏置网络（8）用于控制所述第二漏极的偏置电压和偏置电流。

3.根据权利要求2所述的信号放大器，其特征在于，还包括设置在所述第一漏极和所述第二栅极之间的级间匹配网络（9），所述级间匹配网络（9）包括依次串联的第一电感、第一电容、第二电感和第三电感；

其中，所述第一漏极有耗偏置网络（6）经由所述第一电感与所述第一漏极连接；

所述第二栅极有源偏置网络（7）经由所述第三电感与所述第二栅极连接。

4.根据权利要求3所述的信号放大器，其特征在于，还包括：

第一负反馈网络（10），设置在所述输入匹配网络（1）和所述第一栅极有源偏置网络（5）之间，所述第一负反馈网络（10）还连接在所述级间匹配网络（9）和所述第一漏极有耗偏置网络（6）之间，所述第一负反馈网络（10）用于将所述第一漏极的输出信号进行分压并反馈至所述第一栅极，以降低所述信号放大器的低频增益，提高所述信号放大器的增益平坦度和低频稳定性。

5.根据权利要求3所述的信号放大器，其特征在于，还包括：

第二负反馈网络（11），设置在所述输出匹配网络（4）和所述级间匹配网络（9）之间，并连接在所述第二电感和所述第三电感之间，所述第二负反馈网络（11）用于将所述第二漏极的输出信号进行分压并反馈至所述第二栅极，以降低所述信号放大器的低频增益，提高所述信号放大器的增益平坦度和低频稳定性。

6.根据权利要求1所述的信号放大器，其特征在于，还包括：

第一源极匹配网络（12），第一晶体管（2）的第一源极经由所述第一源极匹配网络（12）接地；

第二源极匹配网络（13），第二晶体管（3）的第二源极经由所述第二源极匹配网络（13）接地。

7.根据权利要求3所述的信号放大器，其特征在于，所述第一漏极有耗偏置网络（6）包括依次串联的第一电阻、第二电容、第二电阻和第四电感；

其中，所述第四电感与所述级间匹配网络（9）连接，所述电源端口连接在所述第二电容和所述第二电阻之间，所述第一栅极有源偏置网络（5）连接在所述第二电阻和所述第四电感之间；

所述第二电阻和所述第四电感，用于向所述第一漏极提供射频阻抗以阻止所述第一射频信号输出至所述电源端口。

8.根据权利要求2所述的信号放大器，其特征在于，所述第二漏极有耗偏置网络（8）包括依次串联的第三电阻、第三电容、第四电阻、电感电阻组（81）和第五电感；

其中，所述第五电感与所述输出匹配网络（4）连接，所述第二栅极有源偏置网络（7）连接在所述第四电阻和所述电感电阻组（81）之间，所述电源端口连接在所述第三电容和所述第四电阻之间；

所述第四电阻、所述电感电阻组（81）和所述第五电感，用于向所述第二漏极提供射频阻抗以阻止所述第二射频信号输出至所述电源端口；

所述电感电阻组（81）包括并联的第五电阻和第六电感。

9.根据权利要求4所述的信号放大器，其特征在于，所述第一栅极有源偏置网络（5）包括与所述第一漏极有耗偏置网络（6）连接的第六电阻、与所述第一负反馈网络（10）连接的第七电阻、连接在所述第六电阻和所述第七电阻之间的第三晶体管以及与所述第三晶体管的第三源极连接的第八电阻，其中，所述第三晶体管的第三栅极和第三漏极分别连接在所述第六电阻和所述第七电阻之间。

10.根据权利要求3所述的信号放大器，其特征在于，所述第二栅极有源偏置网络（7）包括与所述第二漏极有耗偏置网络（8）连接的第九电阻、与所述级间匹配网络（9）连接的第十电阻、连接在所述第九电阻和所述第十电阻之间的第四晶体管以及与所述第四晶体管的第四源极连接的第十一电阻，其中，所述第四晶体管的第四栅极和第四漏极分别连接在所述第九电阻和所述第十电阻之间。