CN203734623U - X频段低噪声放大器 - Google Patents

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申明磊
余海
朱丹
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Abstract

本实用新型公开了一种X频段低噪声放大器。包括一级低噪声放大电路、两级高增益放大电路，第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器分别对应低噪声放大电路、两级高增益放大电路，各级晶体管放大器通过中间级匹配电路依次级联，各级晶体管放大器分别包括晶体管、栅极偏置电路、漏极偏置电路，所述晶体管的栅极和漏极通过偏置电路与供电端连接，所述第一级晶体管放大器栅极到地串联有电感，其余各级晶体管放大器中的栅极直接接地。本实用新型频率范围为9GHz~11GHz，增益大于33.9dB，噪声小于0.75dB，输入输出驻波比小于1.3，具有小型化、低噪声、高增益、低成本、高可靠性的特点。

Description

X频段低噪声放大器
技术领域
本实用新型属于电子电路领域，更具体地涉及一种广泛用于X频段各类雷达组件及通信系统的单芯片低噪声放大器。
背景技术
低噪声放大器是噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。现有技术中，低噪声放大器是卫星通信、雷达通信等领域中高灵敏度接收机的关键部件，通过低噪声放大器，从而提高接收机的灵敏度。
单片微波集成电路（MMIC）因其电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点，成为设计制造毫米波低噪声放大集成电路的最佳选择之一。采用MMIC工艺技术的X频段低噪声放大器在无线通信、雷达及微波成像等军民用途中有着广泛的应用。低噪声放大器设计中的一个重点和难点是电路的稳定性问题，因为在较低频段内有很高的增益及噪声，所以很容易引发低频振荡，使整个电路不能稳定工作。
实用新型内容
1、本实用新型的目的。
本实用新型为了解决现有技术中的低频段内噪声大，引发低频振荡，使电路不稳定的问题，而提出了一种X频段低噪声放大器。
2、本实用新型所采用的技术方案。
X频段低噪声放大器包括一级低噪声放大电路、两级高增益放大电路，其中一级低噪声放大电路以及两级高增益放大电路采用晶体管放大器，第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器分别对应低噪声放大电路、两级高增益放大电路，各级晶体管放大器通过中间级匹配电路依次级联，各级晶体管放大器分别包括晶体管、栅极偏置电路、漏极偏置电路，所述晶体管的栅极和漏极通过偏置电路与供电端连接，所述第一级晶体管放大器栅极到地串联有电感，其余各级晶体管放大器中的栅极直接接地；信号由输入匹配电路输入到第一级晶体管放大器后，通过级间匹配电路依次经过第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器最后由输出匹配电路输出。
3、本实用新型的有益效果。
本实用新型的低噪声放大芯片的频率范围为9GHz~11GHz，增益大于33.9dB，噪声小于0.75 dB，输入输出驻波比小于1.3，且输入输出端口均匹配到50Ω标准阻抗，具有小型化、低噪声、高增益、低成本、高可靠性的特点，可广泛应用于微波无线商业应用(例如：LMDS(本地微波分配系统)、点对点无线通信、点对多点无线通信、空中交通管理、汽车防撞雷达、公路交通控制及仪表应用等)以及微波军事应用（例如：卫星通信、雷达、航空航天及其他系统装备等）两大领域，其商业应用为一个巨大的潜在市场。
附图说明
图1 MMIC LNA芯片原理框图。
图2 单片低噪声放大器的电路连接框图。
具体实施方式
实施例
如图1所示，在MMIC电路的设计中采取了集总和分布参数电路混合匹配，采用3级级联放大电路，3级放大集成在同一基片上，包括一级低噪声放大电路、两级高增益放大电路，其中一级低噪声放大电路以及两级高增益放大电路采用晶体管放大器，分为第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器分别对应低噪声放大电路、两级高增益放大电路，半导体材料选择GaAs，有源器件选择PHEMT。单片LNA为了实现大于30 dB的增益，采用3级级联放大电路，3级放大集成在同一基片上，输入和输出端口匹配至50Ω，各模块之间用微带线进行连接, 在减小损耗的同时大大提高了稳定性。
如图2所示，所述低噪声放大器包括第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器、各级晶体管放大器通过中间级匹配电路依次级联，各级晶体管放大器分别包括晶体管、栅极偏置电路、漏极偏置电路，所述晶体管的栅极和漏极通过偏置电路与供电端连接，所述第一级晶体管放大器栅极到地串联有电感，保证了该芯片在获得良好输入驻波的条件下同时获得极低噪声，使各级放大电路噪声和增益同时达到良好匹配。其余各级晶体管放大器中的栅极直接接地。第一级晶体管放大器电路主要解决噪声系数、功率增益和输入驻波比，单指栅宽75μm，单胞有4指栅条，栅宽300μm；第二级晶体管放大器主要解决功率增益匹配同时兼顾噪声系数，单指栅宽80μm，单胞6指，总栅宽480μm；第三级晶体管放大器主要解决功率增益匹配和输出驻波比，单指栅宽100μm，单胞6指，总栅宽600μm，源漏间距3μm。这样设计可在有效降低放大器工作电流的同时获得较大的输出功率。
上述实施例不以任何方式限制本实用新型，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1. 一种X频段低噪声放大器，其特征在于：包括一级低噪声放大电路、两级高增益放大电路，其中一级低噪声放大电路以及两级高增益放大电路采用晶体管放大器，第一级晶体管放大器、第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器分别对应低噪声放大电路、两级高增益放大电路，各级晶体管放大器通过中间级匹配电路依次级联，各级晶体管放大器分别包括晶体管、栅极偏置电路、漏极偏置电路，所述晶体管的栅极和漏极通过偏置电路与供电端连接，所述第一级晶体管放大器栅极到地串联有电感，其余各级晶体管放大器中的栅极直接接地；信号由输入匹配电路输入到第一级晶体管放大器后，通过级间匹配电路依次经过第二级晶体管放大器、第三级晶体管放大器最后由输出匹配电路输出。
2. 根据权利要求1所述的X频段低噪声放大器，其特征在于：第一级晶体管放大器的单指栅宽75μm，单胞有4指栅条，栅宽300μm；第二级晶体管放大器的单指栅宽80μm，单胞6指，总栅宽480μm；第三级晶体管放大器的单指栅宽100μm，单胞6指，总栅宽600μm，源漏间距3μm。
3. 根据权利要求1所述的X频段低噪声放大器，其特征在于：在MMIC电路中采取了集总和分布参数电路混合匹配，半导体材料选择GaAs，有源器件选择PHEMT，输入和输出端口匹配至50Ω，各模块之间用微带线进行连接。
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