CN201985819U - 可调增益的低噪声平衡放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可调增益的低噪声平衡放大器，其至少包括：用于将射频信号耦合为两路信号的第一平衡电桥；用于将所述两路信号进行放大的放大电路，连接于所述第一平衡电桥；用于调节所述平衡放大器增益的偏置电路，连接于所述放大电路；用于将两路放大后的信号耦合为一路信号的第二平衡电桥，连接于所述放大电路。借此，本实用新型通过偏置电路调节放大电路的偏置电压进而调节整个电路的增益，其不会影响输入驻波与噪声系数，且调节灵活性强，增益可连续变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及低噪声放大器技术领域，尤其涉及一种可调增益的低噪声平衡放大器。
背景技术
低噪声放大器是无线通信系统中的重要组成部分，其主要应用于无线通信系统的接收机的射频前端，卫星接收系统等。通常用的低噪声的平衡放大器具两个放大器，且在系统的在输入和输出端口有90度耦合器，两个放大器在1个倍频程或者更大的宽带内提供良好的输入和输出驻波匹配。而具有正常工作模式和旁路工作模式两种功能的平衡低噪声放大器，在低噪放断电条件下，放大器的切换到旁路状态，在塔放和双工器中有广泛用途。但是，在低噪声放大器产品批量的过程中，由于芯片的离散性以及外围电路的离散性，可能导致放大器增益的离散性，变化幅度达到1dB。
为了克服以上增益的变化，传统的处理方法有两种：一是在射频放大电路中串联一个п衰减器，批量生产中调节п衰的值，从而达到增益调节的目的，但这种方法生产效率低，在调试过程中耗费大量的人力和物力，在增益精度要求高的电路(例如30±0.2dB)，п衰减器电阻往往需要多次更换才能达到预期的增益，且手工焊接与贴片的焊接差别较大，影响美观程度，容易使器件静电击穿；二是在射频放大电路中加入可调的衰减电路，但这种方法引入的插入损耗大，约1.5dB，可调衰减器成本较高，在调节的过程中往往还会影响输入或者输出端口的驻波，且平衡放大电路需要两路完全对称的放大支路，传统的增益调节只可以在单个支路中调节增益，不适合在平衡放大器中使用。
综上可知，现有的低噪声平衡放大器的增益调节技术，在实际使用上显然存在不便与缺陷，有必要加以改进。
实用新型内容
针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种可调增益的低噪声平衡放大器，调节简单方便且成本低廉。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种可调增益的低噪声平衡放大器，至少包括：
用于将射频信号耦合为两路信号的第一平衡电桥；
用于将所述两路信号进行放大的放大电路，连接于所述第一平衡电桥；
用于调节所述平衡放大器增益的偏置电路，连接于所述放大电路；
用于将两路放大后的信号耦合为一路信号的第二平衡电桥，连接于所述放大电路。
根据本实用新型的可调增益的低噪声平衡放大器，所述第一平衡电桥具有一输入端口、一隔离端口和两个输出端口，所述隔离端口连接匹配负载或旁路。
根据本实用新型的可调增益的低噪声平衡放大器，所述第二平衡电桥具有两个输入端口、一隔离端口和一输出端口，所述隔离端口连接匹配负载。
根据本实用新型的可调增益的低噪声平衡放大器，所述放大电路包括第一放大支路和第二放大支路，所述第一放大支路包括第一输入匹配电路、第一放大器和第一输出匹配电路；所述第二放大支路包括第二输入匹配电路、第二放大器和第二输出匹配电路；所述第一输入匹配电路和第二输入匹配电路分别连接所述第一平衡电桥的两个输出端口，所述第一输出匹配电路和第二输出匹配电路分别连接所述第二平衡电桥的两个输入端口，所述偏置电路连接所述第一放大器和第二放大器。
根据本实用新型的可调增益的低噪声平衡放大器，所述第一平衡电桥和第二平衡电桥是固有插损为3dB的平衡电桥。
本实用新型通过第一平衡电桥将信号耦合为两路信号，耦合后的信号在放大电路中得到放大，优选的，放大电路外连接有偏置电路，只需调节偏置电路中的电位器使其可调节放大电路的增益，放大后的信号经第二平衡电桥耦合后输出。更好的，在调节过程中输入驻波和噪声系数均没有很大的变化，也不会对低噪声放大器其他参数产生影响，且调节简单，成本低廉。
附图说明
图1是本实用新型的可调增益的低噪声平衡放大器的结构示意图；
图2是本实用新型的放大器的结构示意图；
图3是本实用新型的可调增益的低噪声平衡放大器的电路结构图。
具体实施方式
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。
参见图1，本实用新型提供了一种可调增益的低噪声平衡放大器100，该放大器100至少包括：
第一平衡电桥10，其内部设有90度耦合器，用于将射频信号耦合为相位差为90度的两路信号。在一实施例中，第一平衡电桥10具有四个端口：一输入端口11、一隔离端口12和两个输出端口13和14，其中，输入端口11用于接收射频信号，隔离端口12连接第一匹配负载R1，也可以连接其它旁路电路，输出端口13和14用于将两路信号输出。
放大电路20，用于将前述的两路信号进行放大，其包括两个放大支路，第一放大支路包括依次连接的第一输入匹配电路、第一放大器Q1和第一输出匹配电路，第二放大支路包括依次连接的第二输入匹配电路、第二放大器Q2和第二输出匹配电路。其中，Q1和Q2均为低噪声放大器，第一输入匹配电路和第二输入匹配电路分别连接第一平衡电桥10的输出端口13和14，第一输出匹配电路和第二输出匹配电路分别连接第二平衡电桥30的输入端口32和31。
第二平衡电桥30，其内部也设有90度耦合器，用于将放大后的两路信号耦合为一路信号后输出。该第二平衡电桥30也包括四个端口：两个输入端口31和32、一输出端口33和一隔离端口34，隔离端口34连接第二匹配负载R2，用于信号隔离。
偏置电路40，连接于放大电路20的两个放大器Q1和Q2，用于调节平衡放大器100的增益。结合图2，偏置电路40连接放大器Q1(Q2)的偏置电压1脚，通过调节其偏置电压即可同步调节放大器Q1和Q2的增益，进而控制平衡放大器100的增益。
参见图2所示的放大器的结构示意图，由于第一放大支路和第二放大支路为对称结构，在此仅以第一放大支路为例加以说明。第一放大器Q1的1脚连接偏电路40，用于获取偏置电压，其2脚连接第一输入匹配电路，4脚接地，7脚连接第一输出匹配电路。信号通过第一输入匹配电路输入后，经由放大器Q1放大，再由7脚输出至第一输出匹配电路，通过对偏置电路40的调节，即可改变放大器Q1的偏置电压，借此调节其放大增益。需要说明的是，放大器Q1和Q2共用一个偏置电路40，因此，其偏置电压的调节是同步的，进而使两种信号的放大增益的调节也完全同步。
图3是本实用新型一具体实施例的电路图，该实施例中，为使放大器Q1和Q2正常工作，需满足以下条件：1)单支路偏置端口直流电阻约为600-700Ω；2)单支路的工作电流最小为60mA，最大为110mA。第一平衡电桥10和第二平衡电桥30均是固有插损为3dB的平衡电桥。
具体的信号传输过程如下：射频信号经第一平衡电桥10输出后，两路信号分别进入由C4与L1组成的第一输入匹配电路以及由C11与L2组成的第二输入匹配电路，然后进入放大器Q1和Q2中，经过放大后分别进入由L3和C7组成的第一输出匹配电路以及由L4和C14组成的第二输出匹配电路。
电阻R6和R7为放大器Q1和Q2提供偏置电压，偏置电路40具体由R2、R3、R4、R5分压来实现，分压须满足以下两点：一是可调电位器R4可以调节输出偏压的变化，二是偏压变化范围为0.44～0.51V。偏压输出分成两路相同的偏压信号，分别进入磁珠L5和L6，磁珠对射频信号开路，具有很好的隔离射频信号的作用，借此可以减小两放大支路之间的射频信号串扰。同时，为了保证电路的平衡式放大，两放大支路的偏置电压必须一致，即偏置和分压电路也必对称，其中，电容C1和C2，C8和C9，为偏置电路40的滤波电容，可以减小杂波对偏置电压的干扰。
优选的，在本实例中，在电阻R3两端并联一个可调电位器R4，例如尺寸为4mm的SMD贴片电位器，电阻总值为500Ω，其占用空间小，转动R4上的旋钮就可以改变电位器的电阻值，从而调整偏置电压，进而达到调整增益的作用，且本实施例的平衡低噪声放大器100的增益可调范围是1.3dB。更好的，电位器R4和电阻R3并联，具有较高的可靠性，即使调节电位器R4失效，电位器R4开路或者短路，放大器100同样可以正常工作。与传统п型电阻衰减器相比，本实施例生产效率高，不需为调整增益更换器件，因此无调试焊点，PCB外观美观，且调节灵活性强，增益可连续变化。
本实施例中的可调增益的平衡放大器100的测试结果如下表所示：
上表反映了调节电位器R4，偏置电压、增益、驻波和噪声变化关系。通过调节电位器的值，可以调节放大器的增益，对输入驻波没有很大的影响，对整个电路的噪声系数也影响不大，借此对后续调格提供方便，本实用新型可运用到平衡式放大器的电路使用，尤其适用于具有主电路和旁路功能的平衡放大器中，且本实施例中，单个放大支路的驻波会有变化，但整个电路总的输入和输出端驻波不随增益调节而变化。
本实施例的可调增益的平衡放大器100的电路元件参数如下表所示：
| 元件 | 参数值 | 元件 | 参数值 |
| C1，C8 | 100pF | L1，L2 | 8.2nH |
| C2，C9 | 4.7uF | L3，L4 | 8.2nH |
| C3，C10 | 10pF | L5，L6 | 磁珠 |
| C4，C11 | 47pF | R2 | 1.82k |
| C5，C12 | 4.7uF | R3 | 499Ω |
| C6，C13 | 10pF | R4 | 500Ω可调电阻 |
| C7，C14 | 100pF | R5 | 402Ω |
| LOAD1 | 50Ω负载或旁路 | R6，R7 | 49.9Ω |
| LOAD2 | 50Ω匹配负载 | U1 | 低插损电桥 |
| U2 | 电桥 |
需要说明的是，实际应用中各元件值并不限于上表所示的数值，其可以根据不同需求采用具有其它合适值的电路元件。
综上所述，本实用新型通过第一平衡电桥将信号耦合为两路信号，耦合后的信号在放大电路中得到放大，优选的，放大电路外连接有偏置电路，只需调节偏置电路中的电位器使其可调节放大电路的增益，进而控制放大器的增益，放大后的信号经第二平衡电桥耦合后输出。更好的，在调节过程中输入驻波和噪声系数均没有很大的变化，也不会对低噪声放大器其他参数产生影响，且调节简单，成本低廉。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种可调增益的低噪声平衡放大器，其特征在于，至少包括：
用于将射频信号耦合为两路信号的第一平衡电桥；
用于将所述两路信号进行放大的放大电路，连接于所述第一平衡电桥；
用于调节所述平衡放大器增益的偏置电路，连接于所述放大电路；
用于将两路放大后的信号耦合为一路信号的第二平衡电桥，连接于所述放大电路。
2.根据权利要求1所述的可调增益的低噪声平衡放大器，其特征在于，所述第一平衡电桥具有一输入端口、一隔离端口和两个输出端口，所述隔离端口连接匹配负载或旁路。
3.根据权利要求2所述的可调增益的低噪声平衡放大器，其特征在于，所述第二平衡电桥具有两个输入端口、一隔离端口和一输出端口，所述隔离端口连接匹配负载。
4.根据权利要求3所述的可调增益的低噪声平衡放大器，其特征在于，所述放大电路包括第一放大支路和第二放大支路，所述第一放大支路包括第一输入匹配电路、第一放大器和第一输出匹配电路；所述第二放大支路包括第二输入匹配电路、第二放大器和第二输出匹配电路；所述第一输入匹配电路和第二输入匹配电路分别连接所述第一平衡电桥的两个输出端口，所述第一输出匹配电路和第二输出匹配电路分别连接所述第二平衡电桥的两个输入端口，所述偏置电路连接所述第一放大器和第二放大器。
5.根据权利要求1所述的可调增益的低噪声平衡放大器，其特征在于，所述第一平衡电桥和第二平衡电桥是固有插损为3dB的平衡电桥。
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