CN214675077U - 接收机及其放大器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种接收机及其放大器，其中该放大器，包括输入阻抗匹配电路、放大级电路和输出匹配电路；输入阻抗匹配电路连接射频输入端口；放大级电路连接输入阻抗匹配电路和输出匹配电路；放大级电路还连接电源；输出匹配电路连接射频输出端口。输出匹配电路由无源器件构成，可以在拓宽后的工作带宽内实现阻抗变换。上述放大器，只包含一级放大级电路，结构简单，制作成本低，且输出匹配电路由无源器件构成，可以在不消耗功耗的基础上实现输出阻抗匹配，有利于降低放大器的能量损耗。

Description

接收机及其放大器

技术领域

本申请涉及射频通信领域，特别是涉及一种接收机及其放大器。

背景技术

随着航天、空间卫星和通信的迅速发展，全球导航卫星系统(GNSS，GlobalNavigation Satellite System)在军用和民用领域得到了快速的发展，成为国家经济发展和民众生活中不可或缺的重要部分。随着技术的不断发展，对接收机的要求也是不断提高。为放大接收机接收到的导航信号，便于后续进行信号分析和处理，在接收机中设置有放大器。

传统接收机中的放大器，由两级放大电路构成，其中第一级放大电路为低噪声放大级，第二级放大电路为共源级放大器构成的输出极。为维持良好的线性度并提供输出匹配，第二级放大电路需要消耗很大的电流，将浪费大量的功耗。因此，传统接收机中的放大器，具有能量损耗大的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种接收机及其放大器，能达到降低能量损耗的效果。

本申请第一方面，提供了一种放大器，包括输入阻抗匹配电路、放大级电路和输出匹配电路；所述输入阻抗匹配电路连接射频输入端口；所述放大级电路连接所述输入阻抗匹配电路和所述输出匹配电路；所述放大级电路还连接电源；所述输出匹配电路连接射频输出端口；所述输出匹配电路由无源器件构成。

在其中一个实施例中，所述输入阻抗匹配电路包括第一电容和第一电感；所述第一电容的一端连接所述射频输入端口，所述第一电容的另一端连接所述第一电感的一端；所述第一电感的另一端连接所述放大级电路。

在其中一个实施例中，所述输入阻抗匹配电路还包括第一电阻和第二电容；

所述第二电容和所述第一电阻串联，所述第二电容的另一端连接所述第一电感，所述第一电阻的另一端连接所述放大级电路；所述第一电感与所述第二电容的公共端连接所述放大级电路。

在其中一个实施例中，所述放大级电路包括谐振网络和放大电路；所述谐振网络连接所述电源；所述放大电路连接所述谐振网络和所述输入阻抗匹配电路；所述放大电路和所述谐振网络的公共端连接所述输出匹配电路。

在其中一个实施例中，所述谐振网络包括第二电感、第二电阻和第三电容；所述第二电感、所述第二电阻和所述第三电容相互并联，且并联后的第一公共端连接所述电源，第二公共端连接所述放大电路。

在其中一个实施例中，所述放大电路包括第一开关管、第二开关管、第三电感、第四电容、第三电阻和第四电阻；

所述第一开关管的控制端连接所述输入阻抗匹配电路，所述第一开关管的控制端通过所述第四电容连接所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的控制端还通过所述第三电阻连接第一偏置电源；所述第一开关管的第一端通过所述第三电感接地；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端；

所述第二开关管的第二端连接所述谐振网络和所述输出匹配电路；所述第二开关管的控制端通过所述第四电阻连接第二偏置电源。

在其中一个实施例中，所述第一开关管为HBT、MOS或pHEMT类型的晶体管。

在其中一个实施例中，所述第二开关管为HBT、MOS或pHEMT类型的晶体管。

在其中一个实施例中，所述输出匹配电路包括第五电容、第六电容、第七电容和第四电感；所述第五电容和所述第六电容串联后一端连接所述放大级电路，另一端连接所述射频输出端口；所述第五电容和所述第六电容的公共端通过所述第七电容接地；所述第四电感与所述第七电容并联。

本申请第二方面，提供了一种接收机，包括上述的放大器。

上述放大器，只包含一级放大级电路，结构简单，制作成本低，且输出匹配电路由无源器件构成，可以在不消耗功耗的基础上实现输出阻抗匹配，有利于降低放大器的能量损耗。

附图说明

图1为一实施例的放大器组成框图；

图2为一实施例的放大器电路结构示意图；

图3为一实施例的放大器的S11系数仿真曲线图；

图4为一实施例的放大器的S22系数仿真曲线图；

图5为一实施例的放大器的S21系数仿真曲线图；

图6为一实施例的放大器的S12系数仿真曲线图；

图7为一实施例的放大器的噪声系数仿真曲线图；

图8为一实施例的放大器的稳定度仿真曲线图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

本申请第一方面，提供了一种放大器。在一个实施例中，请参考图1，该放大器包括输入阻抗匹配电路10、放大级电路20和输出匹配电路30。输入阻抗匹配电路10连接射频输入端口。放大级电路20连接输入阻抗匹配电路10和输出匹配电路20，放大级电路20还连接电源。输出匹配电路30连接射频输出端口。输出匹配电路30由无源器件构成。

其中，输入阻抗匹配电路10可以由电容、电阻、电感等器件构成，这些器件的连接方式，可以是串联、并联或混联。放大级电路20中包括放大器件，该放大器件，可以是电子管、晶体三极管或场效应管。输出匹配电路30可以由电容、电感等无源器件构成，同样的，这些器件的连接方式，也可以是串联、并联或混联。

具体的，输入阻抗匹配电路10调节输入端阻抗，使其与天线的输入阻抗匹配，可以与天线直接连接，提升信号传输质量。天线传输的信号通过输入阻抗匹配电路10到达放大级电路20。放大级电路20一方面提供功率增益以抑制后级电路噪声的影响，另一方面拓宽工作带宽。输出匹配电路30在拓宽后的工作带宽内提供输出阻抗变换和信号缓冲隔离，将放大后的信号输出。在一个实施例中，放大器连接的天线为GNSS双频天线，输入阻抗匹配电路10用于将输入端阻抗调整到50Ω，使射频输入端口可以与GNSS双频天线直接连接，达到宽带输入阻抗匹配的效果。

上述放大器，只包含一级放大级电路，结构简单，制作成本低，且输出匹配电路由无源器件构成，可以在不消耗功耗的基础上实现输出阻抗匹配，有利于降低放大器的能量损耗。

在一个实施例中，请参考图2，输入阻抗匹配电路10包括第一电容C1和第一电感L1。第一电容C1的一端连接射频输入端口Vin，第一电容C1的另一端连接第一电感L1的一端；第一电感L1的另一端连接放大级电路20。

具体的，第一电容C1为隔直电容，通过对第一电感L1的参数进行合理设计，可以达到调节输入端阻抗的目的。进一步的，根据实际需求，在另一个实施例中，可以更换第一电容C1和第一电感L1的连接顺序，将第一电容C1设置于靠近放大级电路20的一侧，第一电感L1设置于靠近射频输入端口Vin的一侧。

上述实施例中，输入阻抗匹配电路10通过设置串联的第一电容C1和第一电感L1，仅使用一个电感就达到了调节输入阻抗的效果，电路结构简单，制作成本低。

在一个实施例中，请继续参考图2，输入阻抗匹配电路10还包括第一电阻R1和第二电容C2。第二电容C2和第一电阻R1串联，第二电容C2的另一端连接第一电感L1，第一电阻R1的另一端连接放大级电路20，第一电感L1与第二电容C2的公共端连接放大级电路20。

具体的，第一电阻R1为反馈电阻，第二电容C2为反馈电容，通过串联的第一电阻R1和第二电容C2，可以提供更为稳定的输入阻抗匹配，提升放大器的性能。

在一个实施例中，请继续参考图2，放大级电路20包括谐振网络21和放大电路22。谐振网络21连接电源VDD；放大电路22连接谐振网络21和输入阻抗匹配电路10；放大电路22和谐振网络21的公共端连接输出匹配电路30。

其中，放大电路22具体连接输入阻抗匹配电路10中的第一电感L1。在一个实施例中，放大电路22和谐振网络21的公共端还连接输入阻抗匹配电路10，具体连接输入阻抗匹配电路10中的第一电阻R1。

具体的，谐振网络21是指由电容和电感组成，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号，而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤除，为此就需要谐振网络，一方面实现信号的过滤和提取，另一方面拓宽工作带宽以匹配应用需求。谐振网络21拓宽工作带宽的方法，可以是通过降低Q值实现，也可以是通过多模谐振技术实现。放大电路22包括放大器件，用于实现信号的放大，提供功率增益。

在一个实施例中，请继续参考图2，谐振网络21包括第二电感L2、第二电阻R2和第三电容C3。第二电感L2、第二电阻R2和第三电容C3相互并联，且并联后的第一公共端连接电源VDD，第二公共端连接放大电路22。

具体的，第二电感L2和第三电容C3并联后构成窄带谐振网络，再并联第二电阻R2后，可以降低谐振网络的Q值，实现拓宽工作带宽的功能。需要指出的是，谐振网络的Q值，直接影响信噪比。即Q值过低，可能导致信噪比低而影响信号传输质量，因此，应基于实际工作带宽需求，设置合适阻值的第二电阻R2，在满足信噪比要求的基础上实现宽带传输。

在一个实施例中，请继续参考图2，放大电路22包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三电感L3、第四电容C4、第三电阻R3和第四电阻R4。第一开关管Q1的控制端连接输入阻抗匹配电路10，第一开关管Q1的控制端通过第四电容C4连接第一开关管Q1的第一端，第一开关管Q1的控制端还通过第三电阻R3连接第一偏置电源；第一开关管Q1的第一端通过第三电感L3接地；第一开关管Q1的第二端连接第二开关管Q2的第一端。第二开关管Q2的第二端连接谐振网络21和输出匹配电路30；第二开关管Q2的控制端通过第四电阻R4连接第二偏置电源。

其中，第一开关管Q1的控制端具体连接输入阻抗匹配电路10中的第一电感L1。第一偏置电源和第二偏置电源，可以为同一偏置电源，也可以为不同的偏置电源。在一个实施例中，第一偏置电源和第二偏置电源可以同为电源VDD，通过合理设计第三电阻R3和第四电阻R4的阻值，实现不同的电压偏置。在另一个实施例中，如图2所示，第一偏置电源为Vbias，第二偏置电源为VDD。上述电压偏置可以在片内实现，也可以通过片外实现，总之，本实施例对第一开关管Q1和第二开关管Q2的电压偏置的实现方式不作限定。

具体的，第三电感L3会谐振掉第一开关管Q1第二端和控制端存在的寄生电容和电容C4，是输入阻抗保持为目标阻抗值。由第一开关管Q1和第二开关管Q2实现信号放大，提供功率增益。在一个实施例中，第二开关管Q2的第二端还连接输入阻抗匹配电路10，具体连接输入阻抗匹配电路10中的第一电阻R1，进一步实现宽带匹配，调整输入阻抗至目标阻抗值。

另外，第一开关管Q1可以为晶体管或场效应管，在一个实施例中，第一开关管Q1为HBT、MOS或pHEMT类型的晶体管。第二开关管Q2可以为晶体管或场效应管，在一个实施例中，第二开关管Q2为HBT、MOS或pHEMT类型的晶体管。可以理解，根据实际需求，可以将第一开关管Q1和第二开关管Q2设置成同一类型，或者设置成不同类型。

上述实施例中，通过设置第一开关管Q1和第二开关管Q2实现信号放大，并设置电感L3谐振掉第一开关管Q1的寄生电容和电容C4，可以在不影响输入阻抗匹配的前提下提供功率增益，电路简单，成本低。

在一个实施例中，请继续参考图2，输出匹配电路30包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第四电感L4。第五电容C5和第六电容C5串联后一端连接放大级电路20，另一端连接射频输出端口Vout。第五电容C5和第六电容C6的公共端通过第七电容C7接地。第四电感L4与第七电容C7并联。

其中，第五电容C5和第六电容C5串联后的一端，具体连接放大级电路20中谐振网络21和放大电路22的公共端。具体的，放大级电路20放大后的信号，通过第五电容C5进入输出匹配电路，第四电感L4和第七电容C7并联后，利用不同频率信号经过相同无源器件的阻抗值不一样的原理，实现在宽带范围的阻抗变换，使放大器可以直接驱动目标阻抗值的负载。

上述实施例中，输出匹配电路30由无源器件构成，可以在不消耗功耗的基础上实现输出阻抗匹配，有利于降低放大器的能量损耗。

在一个实施例中，如图2所示，输入阻抗匹配电路10包括第一电容C1、第一电感L1、第一电阻R1和第二电容C2。放大级电路20包括第二电感L2、第二电阻R2、第三电容C3、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三电感L3、第四电容C4、第三电阻R3和第四电阻R4。输出匹配电路30包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第四电感L4。其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2均为HBT类型的NPN型晶体三极管。

第一电容C1和第一电感L1串联后一端连接射频输入端口Vin，另一端连接第一开关管Q1的基极。第二电容C2和第一电阻R1串联后，一端连接第二开关管Q2的集电极，另一端连接第一电感L1。第一电感L1与第二电容C2的公共端连接第一开关管Q1的基极。

第二电感L2、第二电阻R2和第三电容C3相互并联，且并联后的第一公共端连接电源VDD，第二公共端连接第二开关管Q2的集电极。第二开关管Q2的基极通过第四电阻R4连接电源VDD。第二开关管Q2的发射极连接第一开关管Q1的集电极。第一开关管Q1的基极通过第四电容C4连接第一开关管Q1的发射极，第一开关管Q1的基极还通过第三电阻R3连接第一偏置电源；第一开关管Q1的发射极通过第三电感L3接地。

第五电容C5和第六电容C5串联后一端连接第二开关管Q2的集电极，另一端连接射频输出端口Vout。第五电容C5和第六电容C6的公共端通过第七电容C7接地。第四电感L4与第七电容C7并联。

其中，阻抗匹配电路10将放大器的射频输入端阻抗调整至50Ω，使其可以与GNSS双频天线直接连接，达到宽带输入阻抗匹配。具体的，电感L3会谐振掉第一开关管Q1集电极和基极存在的寄生电容和第四电容C4，同时会改变从第一开关管Q1基极与射频输入端口Vin之间的输入阻抗，第一电感L1谐振掉剩下的寄生电容，第一电阻R1为反馈电阻，进一步实现宽带匹配，使输入阻抗为50Ω。

放大级电路20通过与第二电感L2和第三电容C3并联的第二电阻R2调节Q值，拓宽工作带宽，并通过第一开关管Q1和第二开关管Q2提供功率增益。

输出匹配电路30连接在谐振网络21与放大电路22的公共端上，利用不同频率信号经过相同无源器件的阻抗值不一样的原理，在超宽的工作带宽内实现阻抗变换，使得输出可以直接驱动50Ω负载，无需外围匹配电路。

如图3至图6所示，给出了本实施例放大器的S系数仿真曲线图，其中，横坐标为频率，纵坐标为S参数。由图3和图4可知，放大器的输入回损S11和输出回损S22在整个工作带宽范围内均小于-10dB。特别是输出回损S22，在整个工作带宽范围内波动很小，有利于实现阻抗的良好匹配，保证信号的高质量传输。由图5可知，放大器的增益S21变化不大，保持在16dB-18.5dB之间，可以在整个工作带宽范围内满足功率增益需求。由图6可知，放大器的反向隔离度S12小于-30dB，可以在输入和输出之间实现良好的隔离效果，可以避免信号的反向传输。

如图7所示，为本实施例中放大器的噪声系数仿真曲线图。其中横坐标为频率，纵坐标为噪声系数。由图7可知，在整个GNSS工作频段内，放大器的噪声系数在0.6dB-0.8dB之间，满足宽带低噪声的要求。

如图8所示，为本实施例中放大器的稳定度仿真曲线图。其中横坐标为频率，纵坐标为稳定度K factor。由图8可知，在整个GNSS工作频段内，放大器的稳定度K factor均大于1，满足放大器高稳定性的要求。

上述实施例中，放大器只包含一级放大级电路，结构简单，制作成本低，输出匹配电路由无源器件构成，可以在不消耗功耗的基础上实现输出阻抗匹配，有利于降低放大器的能量损耗。并且由仿真结果可以看出，上述放大器可以满足宽带低噪声和高稳定性的要求，因此，上述放大器具有成本低性能好的优点。

本申请第二方面，提供了接收机，包括上述任意实施例中的放大器。其中，接收机为卫星信号接收机或雷达信号接收机。例如该接收机可以是GNSS导航接收机。此外，接收机还可包括与放大器直接或间接连接的其他功能模块，在此不再赘述。

上述接收机，通过一级放大级电路提供功率增益，结构简单，制作成本低，且输出匹配电路由无源器件构成，可以在不消耗功耗的基础上实现输出阻抗匹配，有利于降低放大器的能量损耗。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上该实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种放大器，其特征在于，包括输入阻抗匹配电路、放大级电路和输出匹配电路；所述输入阻抗匹配电路连接射频输入端口；所述放大级电路连接所述输入阻抗匹配电路和所述输出匹配电路；所述放大级电路还连接电源；所述输出匹配电路连接射频输出端口；所述输出匹配电路由无源器件构成。

2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述输入阻抗匹配电路包括第一电容和第一电感；所述第一电容的一端连接所述射频输入端口，所述第一电容的另一端连接所述第一电感的一端；所述第一电感的另一端连接所述放大级电路。

3.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，所述输入阻抗匹配电路还包括第一电阻和第二电容；

所述第二电容和所述第一电阻串联，所述第二电容的另一端连接所述第一电感，所述第一电阻的另一端连接所述放大级电路；所述第一电感与所述第二电容的公共端连接所述放大级电路。

4.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大级电路包括谐振网络和放大电路；所述谐振网络连接所述电源；所述放大电路连接所述谐振网络和所述输入阻抗匹配电路；所述放大电路和所述谐振网络的公共端连接所述输出匹配电路。

5.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述谐振网络包括第二电感、第二电阻和第三电容；所述第二电感、所述第二电阻和所述第三电容相互并联，且并联后的第一公共端连接所述电源，第二公共端连接所述放大电路。

6.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述放大电路包括第一开关管、第二开关管、第三电感、第四电容、第三电阻和第四电阻；

所述第一开关管的控制端连接所述输入阻抗匹配电路，所述第一开关管的控制端通过所述第四电容连接所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的控制端还通过所述第三电阻连接第一偏置电源；所述第一开关管的第一端通过所述第三电感接地；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端；

所述第二开关管的第二端连接所述谐振网络和所述输出匹配电路；所述第二开关管的控制端通过所述第四电阻连接第二偏置电源。

7.根据权利要求6所述的放大器，其特征在于，所述第一开关管为HBT、MOS或pHEMT类型的晶体管。

8.根据权利要求6所述的放大器，其特征在于，所述第二开关管为HBT、MOS或pHEMT类型的晶体管。

9.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述输出匹配电路包括第五电容、第六电容、第七电容和第四电感；所述第五电容和所述第六电容串联后一端连接所述放大级电路，另一端连接所述射频输出端口；所述第五电容和所述第六电容的公共端通过所述第七电容接地；所述第四电感与所述第七电容并联。

10.一种接收机，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的放大器。

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