CN201846314U - 一种毫米波单片集成低噪声放大器 - Google Patents

一种毫米波单片集成低噪声放大器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种毫米波单片集成低噪声放大器，属于电子技术领域，用于解决现有技术低噪声放大器体积大、输出功率小、增益小、一致性不好的问题。一种毫米波单片集成低噪声放大器，在两个朗格耦合器之间连接有两条完全相同的放大支路，放大支路的射频输入经过两级功分电路及两级的pHEMT场效应管实现两级功率放大后，再通过两级功率合成电路后输出。本实用新型采用单片集成技术，减小了放大器的体积；两级放大电路共包括8个功率放大单元，最后将8个功率放大单元的功率信号耦合输出，大大增加了低噪声放大器的输出功率；采用两个朗格耦合器构成的平衡结构，提高了低噪声放大器的稳定性、改善驻波比性能和提高了输出功率。

Description

一种毫米波单片集成低噪声放大器
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，特别是一种毫米波单片集成低噪声放大器器（LAN），可应用于雷达、通信等系统。
背景技术
在毫米波雷达、通信等系统领域，毫米波接收机为了检测小信号，一般都是在前级用低噪声放大器接收信号来克服后级的噪声问题。低噪声放大器位于接收机的第一级，是直接与天线信号相连接的，因此它的噪声特性将大大影响整个系统的噪声特性。同时，天线接收下来的信号强度一般都较弱，低噪声放大器在满足噪声系数要求的同时也要求一定功率的输出要求。
目前普遍应用的低噪声放大器多为混合电路和模块电路，主要实现方式是通过单个晶体管和外围匹配电路组成，这类低噪声放大器主要缺点有：体积大、输出功率小、增益小、一致性不好等。
如图2所示，是一种改进的低噪声功率放大器，其将两路由单个晶体管和外围电路组成的的电路通过两个朗格耦合器进行耦合，这种放大器在输出功率、增益、一致性方面得到了改进，但是还是存在体积大、输出功率和增益达不到现代雷达和通信系统要求的缺点。
随着微波毫米波通信技术的迅速发展，人们对通信设备的要求也越来越高。微波单片集成电路（MMIC）是用半导体工艺把有源器件、无源器件和微波传输线、互联线等全部制作在一片半导体基片上而构成的集成电路。由于微波单片集成电路（MMIC）的体积小、重量轻、可靠性高、稳定性好等优点，使得其在微波通信领域逐渐取代了波导系统和混合集成电路。
授权公告号为CN 201403076的实用新型专利，公开了一种采用微波单片集成电路（MMIC）技术的毫米波单片集成低噪声放大器，其采用的技术方案是：在电路结构上，包括两个朗格耦合电桥和连接于两个朗格耦合电桥之间的两路（平衡式）五级放大电路结构；每一级放大单元是相同的结构，放大器件为pHEMT场效应管，各级放大单元之间通过耦合电容连接。由于放大电路无论其采用几级电路结构，最终输出功率都取决于最后一级放大电路的输出功率，因此，采用本实用新型公开的技术方案，虽然解决了一致性差、体积大等问题，但是其输出功率还是受到器件工艺的影响，不能输出大功率的信号。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于pHEMT场效应管工艺技术的，集合功分技术，采用两个朗格耦合器构成的平衡结构，在保证了一致性好和体积小的同时，大大提高低噪声放大器输出功率和带宽的目的。
本实用新型采用的技术方案是这样的：
一种毫米波单片集成低噪声放大器，包括输入朗格耦合器、输出朗格耦合器、连接于输入朗格耦合器的直通输出端和输出朗格耦合器的直通输入端的第一放大支路、连接于输入朗格耦合器的耦合输出端和输出朗格耦合器的耦合输入端的第二放大支路。整个放大器电路集成于单片半导体基片上。 
所述第一放大支路和第二放大支路均为相同的两级放大电路结构。所述第一级放大支路对输入朗格耦合器输入的射频信号进行第一级放大处理；输入的射频信号通过第一级耦合电容和T型微带功分电路后分为两路信号：一路经pHEMT场效应管FET11的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET11的栅极，另一路经pHEMT场效应管FET12的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET12的栅极；pHEMT场效应管FET11和FET12的源极接地；pHEMT场效应管FET11和FET12的漏极分别通过各自的漏极匹配及偏置电路输出第一级放大信号。
第一级放大电路中：所述pHEMT场效应管FET11和FET12的栅极匹配及偏置电路均为一个T型微带传输线，T型微带传输线的垂直端接地，T型微带传输线的水平右端接pHEMT场效应管的栅极，T型微带传输线的水平左端接T型微带功分电路的输出端；所述pHEMT场效应管FET11和FET12的漏极为T型结构电路：漏极偏置电压通过其旁路电容接地的同时接T型微带传输线的垂直端，T型微带传输线的水平左端接pHEMT场效应管的漏极，T型微带传输线的水平右端输出第一级放大信号。
所述第二级放大电路对第一级放大信号进行第二级放大处理及功率合成输出；两路第一级放大信号分别通过两个第二级耦合电容和T型微带功分电路后分成四路信号；第一路信号经pHEMT场效应管FET21的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET21的栅极，第二路信号经pHEMT场效应管FET22的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET22的栅极，第三路信号经pHEMT场效应管FET23的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET23的栅极，第四路信号经pHEMT场效应管FET24的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET24的栅极；pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的源极接地；pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的漏极输出四路第二级放大信号。pHEMT场效应管FET21和FET22的漏极输出的两路第二级放大信号经一个一级功率合成电路合二为一，pHEMT场效应管FET23和FET24的漏极输出的两路第二级放大信号经另一个一级功率合成电路合二为一；两个一级功率合成电路的输出电路输出的两路信号经一个二级功率合成电路合二为一后经输出朗格耦合器输出。
第二级放大电路：所述pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的栅极匹配及偏置电路均为一个T型微带传输线，T型微带传输线的垂直端接地，T型微带传输线的水平右端接pHEMT场效应管的栅极，T型微带传输线的水平左端接T型微带功分电路的输出端；所述pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的漏极为T型结构电路：漏极偏置电压通过其旁路电容接地的同时接T型微带传输线的垂直端，T型微带传输线的水平左端接pHEMT场效应管的漏极，T型微带传输线的水平右端输出第二级放大信号至一级功率合成电路。
在本实用新型中，在pHEMT场效应管的器件选择或工艺设计上，选用栅长更短、载流子迁移率高的器件，并合理选择器件的栅宽和叉指数、直流偏置点。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、采用两级放大电路，采用功分合成技术使得第二级电路共包括8个功率放大单元，最后将8个功率放大单元的功率信号耦合输出，大大增加了低噪声放大器的输出功率。
2、采用两个朗格耦合器构成的平衡结构，提高了低噪声放大器的稳定性、改善驻波比性能和提高了输出功率。
3、合理选择半导体工艺及管芯工作点，在实现高输出功率的同时兼顾了高效率。
附图说明
图1是本实用新型毫米波单片集成低噪声功率放大器的原理图。
图2是现有技术低噪声放大器的原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，是本实用新型毫米波单片集成低噪声放大器的原理图。一种毫米波单片集成低噪声放大器，包括输入朗格耦合器、输出朗格耦合器、连接于输入朗格耦合器的直通输出端和输出朗格耦合器的直通输入端的第一放大支路、连接于输入朗格耦合器的耦合输出端和输出朗格耦合器的耦合输入端的第二放大支路。整个放大器电路集成于单片半导体基片上。
所述第一放大支路和第二放大支路均为相同的两级放大电路结构。所述第一级放大支路对输入朗格耦合器输入的射频信号进行第一级放大处理；输入的射频信号通过第一级耦合电容和T型微带功分电路后分为两路信号：一路经pHEMT场效应管FET11的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET11的栅极，另一路经pHEMT场效应管FET12的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET12的栅极；pHEMT场效应管FET11和FET12的源极接地；pHEMT场效应管FET11和FET12的漏极分别通过各自的漏极匹配及偏置电路输出第一级放大信号。
第一级放大电路中：
所述pHEMT场效应管FET11和FET12的栅极匹配及偏置电路均为一个T型微带传输线，T型微带传输线的垂直端接地，T型微带传输线的水平右端接pHEMT场效应管的栅极，T型微带传输线的水平左端接T型微带功分电路的输出端；所述pHEMT场效应管FET11和FET12的漏极为T型结构电路：漏极偏置电压通过其旁路电容接地的同时接T型微带传输线的垂直端，T型微带传输线的水平左端接pHEMT场效应管的漏极，T型微带传输线的水平右端输出第一级放大信号。
所述第二级放大电路对第一级放大信号进行第二级放大处理及功率合成输出；两路第一级放大信号分别通过两个第二级耦合电容和T型微带功分电路后分成四路信号；第一路信号经pHEMT场效应管FET21的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET21的栅极，第二路信号经pHEMT场效应管FET22的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET22的栅极，第三路信号经pHEMT场效应管FET23的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET23的栅极，第四路信号经pHEMT场效应管FET24的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET24的栅极；pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的源极接地；pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的漏极输出四路第二级放大信号。pHEMT场效应管FET21和FET22的漏极输出的两路第二级放大信号经一个一级功率合成电路合二为一，pHEMT场效应管FET23和FET24的漏极输出的两路第二级放大信号经另一个一级功率合成电路合二为一。两个一级功率合成电路的输出电路输出的两路信号经一个二级功率合成电路合二为一后经输出朗格耦合器输出；
第二级放大电路：
所述pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的栅极匹配及偏置电路均为一个T型微带传输线，T型微带传输线的垂直端接地，T型微带传输线的水平右端接pHEMT场效应管的栅极，T型微带传输线的水平左端接T型微带功分电路的输出端；所述pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的漏极为T型结构电路：漏极偏置电压通过其旁路电容接地的同时接T型微带传输线的垂直端，T型微带传输线的水平左端接pHEMT场效应管的漏极，T型微带传输线的水平右端输出第二级放大信号至一级功率合成电路。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种毫米波单片集成低噪声放大器，包括输入朗格耦合器、输出朗格耦合器、连接于输入朗格耦合器的直通输出端和输出朗格耦合器的直通输入端的第一放大支路、连接于输入朗格耦合器的耦合输出端和输出朗格耦合器的耦合输入端的第二放大支路；整个放大器电路集成于单片半导体基片上；其特征在于，
所述第一放大支路和第二放大支路均为相同的两级放大电路结构；所述第一级放大电路对输入朗格耦合器输入的射频信号进行第一级放大处理；输入的射频信号通过第一级耦合电容和T型微带功分电路后分为两路信号：一路经pHEMT场效应管FET11的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET11的栅极，另一路经pHEMT场效应管FET12的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET12的栅极；pHEMT场效应管FET11和FET12的源极接地；pHEMT场效应管FET11和FET12的漏极分别通过各自的漏极匹配及偏置电路输出第一级放大信号；
第一级放大电路中：
所述pHEMT场效应管FET11和FET12的栅极匹配及偏置电路均为一个T型微带传输线，T型微带传输线的垂直端接地，T型微带传输线的水平右端接pHEMT场效应管的栅极，T型微带传输线的水平左端接T型微带功分电路的输出端；所述pHEMT场效应管FET11和FET12的漏极为T型结构电路：漏极偏置电压通过其旁路电容接地的同时接T型微带传输线的垂直端，T型微带传输线的水平左端接pHEMT场效应管的漏极，T型微带传输线的水平右端输出第一级放大信号；
所述第二级放大电路对第一级放大信号进行第二级放大处理及功率合成输出；两路第一级放大信号分别通过两个第二级耦合电容和T型微带功分电路后分成四路信号；第一路信号经pHEMT场效应管FET21的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET21的栅极，第二路信号经pHEMT场效应管FET22的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET22的栅极，第三路信号经pHEMT场效应管FET23的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET23的栅极，第四路信号经pHEMT场效应管FET24的栅极匹配及偏置电路输入到pHEMT场效应管FET24的栅极；pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的源极接地；pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的漏极输出四路第二级放大信号；pHEMT场效应管FET21和FET22的漏极输出的两路第二级放大信号经一个一级功率合成电路合二为一，pHEMT场效应管FET23和FET24的漏极输出的两路第二级放大信号经另一个一级功率合成电路合二为一；两个一级功率合成电路的输出电路输出的两路信号经一个二级功率合成电路合二为一后经输出朗格耦合器输出；
第二级放大电路：
所述pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的栅极匹配及偏置电路均为一个T型微带传输线，T型微带传输线的垂直端接地，T型微带传输线的水平右端接pHEMT场效应管的栅极，T型微带传输线的水平左端接T型微带功分电路的输出端；所述pHEMT场效应管FET21、FET22、FET23和FET24的漏极均为T型结构电路：漏极偏置电压通过其旁路电容接地的同时接T型微带传输线的垂直端，T型微带传输线的水平左端接pHEMT场效应管的漏极，T型微带传输线的水平右端输出第二级放大信号至一级功率合成电路。
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