CN204068871U - 一种低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，包括用于接收波导传输信号的波导隔离器，其输出端与波导同轴转换装置的输入端相连，波导同轴转换装置的输出端与限幅电路的输入端相连，限幅电路的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与微带隔离器的输入端相连，电源转换电路向放大电路供电。本实用新型中的放大电路采用三级MOS管进行放大，第一级MOS管选用异质结晶体管NE3210S01，该晶体管在X波段最佳噪声为0.35dB，噪声性能优异；第三级MOS管采用赝晶高电子迁移率晶体管TC2384，该晶体管在X波段输出P-1为23.5dBm，大幅度提高放大器的输出功率，提高放大器的动态范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及雷达探测技术领域，尤其是一种低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器。
背景技术
现代雷达发展至今，对雷达探测距离的要求越来越远，也就是对接收机的灵敏度要求越来越高，而在很大程度上，接收机的灵敏度取决于位于接收机前端的低噪声放大器，为了降低接收机的噪声系数，可用波导低噪声放大器替代常用的SMA同轴放大器，这样可除去波导同轴转换的插入损耗，在相同频率下，波导传输的损耗要远小于同轴电缆的损耗，因此X波段以上的接收机，波导低噪声放大器的应用越来越广。
随着微波器件以及微波仿真软件的快速发展，目前波导低噪声放大器已发展至较高的水平，噪声系数2.0dB，增益25dB，输出动态15dBm，基本满足目前雷达接收系统的使用要求。然而随着远距离探测雷达以及大动态雷达的发展，对雷达灵敏度以及系统动态的要求越来越高，而这两项指标的优异主要取决于接收机前端波导低噪声放大器的性能，目前波导低噪声放大器的性能已经无法满足雷达快速发展的使用要求，波导低噪声放大器的噪声及输出动态性能还有待提高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够降低波导低噪声放大器的噪声系数、提高波导低噪声放大器的输出动态性能的低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，包括用于接收波导传输信号的波导隔离器，其输出端与波导同轴转换装置的输入端相连，波导同轴转换装置的输出端与限幅电路的输入端相连，限幅电路的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与微带隔离器的输入端相连，微带隔离器的输出端作为波导限幅低噪声放大器的输出端，电源转换电路向放大电路供电。
所述波导隔离器采用BG100BGAa芯片，所述波导同轴转换装置为在波导腔内沿垂直信号传输方向安装的金属棒，所述微带隔离器采用DGXGBa1芯片。
所述限幅电路采用两级限幅二极管D1、D2，二极管D1的阳极、二极管D2的阴极均与波导同轴转换装置的输出端相连，二极管D1的阴极、二极管D2的阳极均接地。
所述放大电路包括MOS管Q1，其栅极接限幅电路的输出端，且通过电阻R1接-1V直流电，其源极接地，其漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R2、电阻R3接+5V直流电，另一路与电容C5的一端相连，电容C5的另一端与MOS管Q2的栅极相连；MOS管Q2的栅极通过电阻R4接-1V直流电，MOS管Q2的源极接地，MOS管的漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R5、R6接+5V直流电，另一路与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与MOS管Q3的栅极相连；MOS管Q3的栅极通过电阻R7接-1V直流电，MOS管Q3的源极接地，MOS管Q3的漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R8、R9接+9V直流电，另一路与电容C7的一端相连，电容C7的另一端与微带隔离器的输入端相连。
所述电源转换电路包括稳压块ZSR900G，其3脚外接+12V直流电，其1脚输出+9V直流电至稳压块ZSR500G的3脚，稳压块ZSR500G的1脚输出+5V直流电至DC-DC模块MAX1673的4脚、8脚，DC-DC模块MAX1673的5脚输出-1V直流电。
所述MOS管Q1采用晶体管NE3210S01，所述MOS管Q2采用晶体管FHC40LG，所述MOS管Q3采用晶体管TC2384。
由上述技术方案可知，本实用新型中的放大电路采用三级MOS管进行放大，为保证放大器的噪声系数，第一级MOS管选用异质结晶体管NE3210S01，该晶体管在X波段最佳噪声为0.35dB，噪声性能优异；第三级MOS管采用赝晶高电子迁移率晶体管TC2384，该晶体管在X波段输出P-1为23.5dBm，大幅度提高放大器的输出功率，提高放大器的动态范围。本实用新型可承受10W（占空比10%）的脉冲功率，噪声系数低至1.5dB，增益为28dB，输出P-1高达21dBm，可靠性好，稳定度高，通过冗余设计，批产一致性好，可广泛应用于雷达T/R接收前端。
附图说明
图1 为本实用新型的电路框图。
图2 为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
一种低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，包括用于接收波导传输信号的波导隔离器1，其输出端与波导同轴转换装置2的输入端相连，波导同轴转换装置2的输出端与限幅电路3的输入端相连，限幅电路3的输出端与放大电路4的输入端相连，放大电路4的输出端与微带隔离器5的输入端相连，微带隔离器5的输出端作为波导限幅低噪声放大器的输出端，电源转换电路6向放大电路4供电，如图1所示。小功率信号输入时，限幅电路3不工作，信号经放大后，再经过一个微带隔离器5输出，改善产品输出驻波；大功率信号输入时，限幅电路3开始工作，将输入功率反射回去，保护后面的放大电路4。
如图2所示，所述波导隔离器1采用BG100BGAa芯片，所述波导同轴转换装置2为在波导腔内沿垂直信号传输方向安装的金属棒，所述微带隔离器5采用DGXGBa1芯片；所述限幅电路3采用两级限幅二极管D1、D2，二极管D1的阳极、二极管D2的阴极均与波导同轴转换装置2的输出端相连，二极管D1的阴极、二极管D2的阳极均接地。波导隔离器1的插入损耗直接累加为噪声，因此波导隔离器1的插入损耗越小越好，此波导隔离器1采用BG100BGAa，插入损耗≤0.2dB，最大程度地减小了波导隔离器1带来的噪声；所述的波导同轴转换装置2采用垂直转换形式，在波导腔内垂直信号传输方向相应位置安装金属棒，金属棒垂直穿过壳体底部到达微带板上，实现信号由波导传输转换为微带传输的目的；所述微带隔离器5放置在独立的腔体内，输入端搭焊在微带线上，输出端穿墙直接与SMA连接器相连，微带隔离器5的输出端侧壁与连接器的侧壁紧密相连，保证放大器的输出驻波。
如图2所示，所述放大电路4包括MOS管Q1，其栅极接限幅电路3的输出端，且通过电阻R1接-1V直流电，其源极接地，其漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R2、电阻R3接+5V直流电，另一路与电容C5的一端相连，电容C5的另一端与MOS管Q2的栅极相连；MOS管Q2的栅极通过电阻R4接-1V直流电，MOS管Q2的源极接地，MOS管的漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R5、R6接+5V直流电，另一路与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与MOS管Q3的栅极相连；MOS管Q3的栅极通过电阻R7接-1V直流电，MOS管Q3的源极接地，MOS管Q3的漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R8、R9接+9V直流电，另一路与电容C7的一端相连，电容C7的另一端与微带隔离器5的输入端相连。所述MOS管Q1采用晶体管NE3210S01，所述MOS管Q2采用晶体管FHC40LG，所述MOS管Q3采用晶体管TC2384。
如图2所示，所述电源转换电路6包括稳压块ZSR900G，其3脚外接+12V直流电，其1脚输出+9V直流电至稳压块ZSR500G的3脚，稳压块ZSR500G的1脚输出+5V直流电至DC-DC模块MAX1673的4脚、8脚，DC-DC模块MAX1673的5脚输出-1V直流电。电源转换电路6采用稳压块ZSR900G以及稳压块ZSR500G进行稳压，将外接电源输入的+12V分别稳压至+9V以及+5V，其中+9V通过限流电阻后供给MOS管Q3，以保证放大器的输出功率，+5V通过限流电阻后供给MOS管Q1、Q2，同时将+5V输出至DC-DC模块MAX1673来获得-1V的负电压，MOS管Q1、Q2、Q3所需的正负电源都采用穿芯电容由背面输出至正面，这样可以避免高频时电源与射频串扰引起的自激现象，提高放大器的可靠性与稳定性。所述的电源转换电路6由背面电源板产生，再由穿芯电容转接至正面射频板，采用穿芯电容替代传统高温导线传输电源，在高频时可避免射频相互串扰，可提高产品的稳定性。
以下结合图1、2对本实用新型作进一步的说明。
波导隔离器1可防止当放大器损坏时，信号反射而引起系统天线口信号传输异常，再经波导同轴转换装置，将信号传输方式由波导传输转换为微带传输，然后再经过限幅电路3，限幅电路3由两级限幅二极管组成，能够防止大功率信号损坏后面的场效应管，限幅二极管D1、D2的工作原理如下：当小功率信号输入时，限幅二极管不工作，处于截止状态（零偏状态），信号直接输出至后面的放大电路4进行放大；当大功率信号输入时，限幅二极管开始工作，处于导通状态，对地阻抗很小，将输入的大功率反射回去，从而保护后面的放大电路4。
放大电路4采用三级放大，以保证放大器的增益，为了降低放大器的噪声系数，放大器前级采用超低噪声的异质结晶体管，并且三级放大器均采用双电源供电，可进一步降低放大器噪声系数，同时也提高了放大器的稳定性，放大器输出采用微带隔离器5输出，以保证放大器的输出驻波，降低反射损耗。为满足放大器的供电需求，在放大器的背面设计一个电源转换电路6，它的功能是将输入的电压进行DC-DC电源转换，提供放大器所需的正负电压。
放大电路4采用三级MOS管进行放大，为保证放大器的噪声系数，第一级MOS管Q1选用异质结晶体管NE3210S01，该晶体管在X波段最佳噪声为0.35dB，噪声性能优异，放大器前级采用最佳噪声匹配设计，损失一部分增益性能来保证噪声指标；第二级MOS管Q2选用高电子迁移率晶体管FHC40LG，该晶体管在X波段最佳噪声为0.5dB，增益可达13dB，级间采用最佳增益匹配，以保证放大器的增益指标；第三级MOS管Q3采用赝晶高电子迁移率晶体管TC2384，该晶体管在X波段输出P-1为23.5dBm，大幅度提高放大器的输出功率，提高放大器的动态范围。
综上所述，本实用新型可承受10W（占空比10%）的脉冲功率，噪声系数低至1.5dB，增益为28dB，输出P-1高达21dBm，可靠性好，稳定度高，通过冗余设计，批产一致性好，可广泛应用于雷达T/R接收前端。
Claims (6)
1.一种低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，其特征在于：包括用于接收波导传输信号的波导隔离器（1），其输出端与波导同轴转换装置（2）的输入端相连，波导同轴转换装置（2）的输出端与限幅电路（3）的输入端相连，限幅电路（3）的输出端与放大电路（4）的输入端相连，放大电路（4）的输出端与微带隔离器（5）的输入端相连，微带隔离器（5）的输出端作为波导限幅低噪声放大器的输出端，电源转换电路（6）向放大电路（4）供电。
2.根据权利要求1所述的低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，其特征在于：所述波导隔离器（1）采用BG100BGAa芯片，所述波导同轴转换装置（2）为在波导腔内沿垂直信号传输方向安装的金属棒，所述微带隔离器（5）采用DGXGBa1芯片。
3.根据权利要求1所述的低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，其特征在于：所述限幅电路（3）采用两级限幅二极管D1、D2，二极管D1的阳极、二极管D2的阴极均与波导同轴转换装置（2）的输出端相连，二极管D1的阴极、二极管D2的阳极均接地。
4.根据权利要求1所述的低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，其特征在于：所述放大电路（4）包括MOS管Q1，其栅极接限幅电路（3）的输出端，且通过电阻R1接-1V直流电，其源极接地，其漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R2、电阻R3接+5V直流电，另一路与电容C5的一端相连，电容C5的另一端与MOS管Q2的栅极相连；MOS管Q2的栅极通过电阻R4接-1V直流电，MOS管Q2的源极接地，MOS管的漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R5、R6接+5V直流电，另一路与电容C6的一端相连，电容C6的另一端与MOS管Q3的栅极相连；MOS管Q3的栅极通过电阻R7接-1V直流电，MOS管Q3的源极接地，MOS管Q3的漏极分两路输出，一路通过并联的电阻R8、R9接+9V直流电，另一路与电容C7的一端相连，电容C7的另一端与微带隔离器（5）的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，其特征在于：所述电源转换电路（6）包括稳压块ZSR900G，其3脚外接+12V直流电，其1脚输出+9V直流电至稳压块ZSR500G的3脚，稳压块ZSR500G的1脚输出+5V直流电至DC-DC模块MAX1673的4脚、8脚，DC-DC模块MAX1673的5脚输出-1V直流电。
6.根据权利要求4所述的低噪声高动态的波导限幅低噪声放大器，其特征在于：所述MOS管Q1采用晶体管NE3210S01，所述MOS管Q2采用晶体管FHC40LG，所述MOS管Q3采用晶体管TC2384。
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| CN106982039A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-07-25 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 高稳限幅低脉冲展宽多普勒信号放大器 |
| CN112653397A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-13 | 电子科技大学 | 一种宽带跨导增强型低噪声放大器 |
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