KU波段低噪聲放大器制造技術

本發明專利技術公開一種KU波段低噪聲放大器，包括第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構、級間匹配網絡、第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構，所述的第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構通過級間匹配網絡和第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構相連接。本發明專利技術具有以下有益效果：(1)工作頻帶為12GHz～18GHz；(2)增益(S21)最小為20dB，且具備良好的增益平坦度；(3)在工作帶寬內輸入匹配S11、輸出匹配S22噪聲系數小于?10dB；(4)在波段內K＞1，即電路滿足無條件穩定。

【技術實現步驟摘要】
KU波段低噪聲放大器
本專利技術涉及低噪聲放大器，具體是涉及KU波段低噪聲放大器。
技術介紹
射頻接收機位于天線下一級，負責接收信號并對信號進行放大、混頻、濾波等之后傳遞給基帶進行處理。圖1為傳統的超外插式接收機結構框圖，其中低噪聲放大器(LNA)位于接收機的最前端，是射頻接收系統中第一個有源電路，其直接接收來自天線的有用信號，同時可以有效的抑制噪聲信號的放大，將有用信號放大后傳遞給后級電路進行處理，因此LNA是整個射頻接收系統非常關鍵的模塊，直接決定了接收機的信號靈敏度。當接收信號很小時，LNA能夠以很小的附加噪聲將有用信號進行放大，當輸入信號很大時，LNA可以無失真的對信號進行接收，LNA的噪聲系數必須越小越好，同時要求具有一定的增益，其需要與前后級形成良好的匹配，除此之外還需要考慮穩定性系數，線性度等指標。在LNA電路設計中通常選用源極電感負反饋結構來滿足一個電阻性的輸入阻抗，以便與前級形成良好的阻抗匹配。通常考慮以下三種電路拓撲結構：共柵放大器源極電感負反饋結構、反相器放大器源極電感負反饋結構和共源共柵放大器源極電感負反饋結構，其中共源共柵放大器源極電感負反饋結構可以有效降低彌勒效應對放大器的性能的影響，具備良好的反向隔離性，并且其輸入輸出匹配簡單，因此該種結構是目前LNA設計中普遍采用的結構。共柵結構電感源級負反饋低噪聲放大器如圖2所示，其中C1是隔直電容，防止直流分量進入晶體管，當射頻輸入時其相當于短路，并參與輸入匹配；C2為輸出端至下一級的寄生電容，我們一般取為0.5pF，它也將參與輸出匹配；Ls為源極串聯電感，其在工作頻率時與晶體管源極的寄生電容發生諧振，Ld為漏極串聯電感，其在工作頻率時與晶體管漏極的寄生電容發生諧振。YL是放大器的負載，一般為0.02S，即提供50歐姆的輸出電阻。反相器結構電感源級負反饋低噪聲放大器如圖3所示。該種電路結構利用了電流復用技術，晶體管M1和M2類型相反，以反相器的形式將柵極連接在一起，可以在低電流的情況下獲得較大的電路跨導gm，同時實現較高的電路截止頻率ωT。其中兩個源極電感Ls1、Ls2和柵極電感Lg配合使用，產生源極負反饋；其輸出端需要增加匹配網絡之后與后級相連。共源共柵級聯電感源級負反饋低噪聲放大器(cascode結構)如圖4所示，其中晶體管M1源極與電感Ls相連，形成電感源極負反饋，該級主要是可以提供良好的輸入匹配和噪聲系數；同時M1作為M2的源極負載出現，而M2則相當于共柵LNA結構，該級是為了提供足夠的增益，同時抑制共源級晶體管的柵漏寄生電容，使得輸入和輸出端很好隔離，提高LNA的穩定性，同時增強噪聲性能。由于該結構可以有效降低彌勒效應對放大器的性能的影響，具備良好的反向隔離性，并且其輸入輸出匹配簡單，因此該種共源共柵源極負反饋結構是目前LNA設計中普遍采用的基本結構。總體來講單端LNA其優點是功耗低，三階交調失真小，然而也存在很多問題，其中最主要的問題是其輸入阻抗受源極寄生電感的影響嚴重。KU波段的頻率受國際有關法律保護，KU頻段下行從10.7到12.75GHz，上行從12.75到18.1GHz。KU波段衛星單轉發器功率一般比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛星EIRP較大，加上KU波段接收天線效率高于C波段接收天線，因此接收KU波段衛星節目的天線口徑遠小于C波段，從而可有效地降低接收成本，方便個體接收。KU波段衛星廣播的主要特點：(1)C波段衛星廣播遭受地面微波等干擾源的同頻干擾比較嚴重，而KU波段的地面干擾很小，KU波段頻率高，一般在12.5～18GHz之間，不易受微波輻射干擾，大大地降低了對接收環境的要求；(2)接收KU波段的天線口徑尺寸小，便于安裝也不易被發現；(3)KU頻段寬，能傳送多種業務與信息；(4)KU波段下行轉發器發射功率大(大約在100W以上)，能量集中，方便接收；KU波段衛星數字廣播上行系統要適合于數字傳輸的特殊要求，這就要求上行系統要有更低的相位噪聲、更好地幅頻特性和群時延特性。申請號201310648430.X，專利技術創造名稱“一種實現片上輸入輸出50歐姆匹配的低噪聲放大器”公開了一種實現片上輸入輸出50歐姆匹配的低噪聲放大器，包括輸入輸出匹配電路、共源共柵放大電路和旁路電容；所述放大電路采用典型的源極電感負反饋的共源共柵結構，采用Chrt0.18μmRFCMOS工藝實現了片上的輸入輸出50歐姆匹配的電路設計。此電路采用傳統Si基cmos工藝為基礎的晶體管器件組成，但在KU波段下不能夠有效工作。
技術實現思路
為克服上述現有技術存在的缺陷，本專利技術提供一種KU波段低噪聲放大器，包括第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構、級間匹配網絡、第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構，所述的第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構通過級間匹配網絡和第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構相連接；所述的第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構包括輸入匹配網絡、第一級共源共柵結構放大電路，所述的輸入匹配網絡和第一級共源共柵結構放大電路連接，以實現低噪聲放大器的噪聲系數≦1.2dB；所述的第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構包括第二級共源共柵結構放大電路、輸出匹配網絡，所述的第二級共源共柵放大結構和輸出匹配網絡連接，以實現低噪聲放大器的增益≧20dB。優選地，輸入匹配網絡包括輸入電阻R1、第一電容C1、第二電容C2、第一電感L1、第二電感L2；輸入電阻R1一端接地，另一端連接第一電容C1，第一電容C1另一端和第一電感L1連接；第一電感L1另一端和所述的第二電容C2連接；第二電容C2另一端接地；第二電感L2一端接地，另一端和第一級共源共柵結構放大電路相連接。優選地，第一級共源共柵結構放大電路包括第一共源級晶體管T1、第一共柵級晶體管T2和第三電感L3；共源級晶體管T1的柵端和第一電容C1、第一電感L1均相連接，其源端和第二電感L2相連接，其漏端和第一共柵級晶體管T2的源端連接；第一共柵級晶體管T2的柵端通過第三電感L3和其漏端相連接。優選地，級間匹配網絡包括第三電容C3、第四電容C4、第四電感L4；第三電容C3的一端和第一共源級晶體管T1的漏端、第一共柵級晶體管T2的漏端均相連接，另一端和第四電感L4連接；第四電感L4的另一端和第四電容C4連接；第四電容C4另一端接地。優選地，第二級共源共柵結構放大電路包括第五電感L5、第七電感L7、第二共源級晶體管T4、第二共柵級晶體管T3；第五電感L5一端接地，另一端和第二共源級晶體管T4的源端連接；第二共源級晶體管T4的柵端和第四電感L4、第四電容C4均相連接，其漏端和第二共柵級晶體管T3、第七電感L7均相連接，第七電感L7另一端接地，第二共柵級晶體管T3的柵端通過輸出匹配網絡和其漏端連接。優選地，輸出匹配網絡包括第五電容C5、第六電感L6、輸出電阻R2；第六電感L6一端和第二共柵級HEMT晶體管T3的柵端連接，另一端和第二共柵級晶體管T3的漏端連接；第五電容C5和第二共柵級晶體管T3的漏端、第六電感L6均相連接，另一端連接輸出電阻R2，所述的輸出電阻R2另一端接地。優選地，第一共源級晶體管T1、所述的第一共柵級晶體管T2、所述的第二共源級晶體管T4、所述的第二共柵級晶體管T3均采用肖特基柵InAs/AlSbHE本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種KU波段低噪聲放大器，其特征在于：包括第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構、級間匹配網絡、第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構，所述的第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構通過級間匹配網絡和第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構相連接；所述的第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構包括輸入匹配網絡、第一級共源共柵結構放大電路，所述的輸入匹配網絡和第一級共源共柵結構放大電路連接，以實現低噪聲放大器的噪聲系數≦1.2dB；所述的第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構包括第二級共源共柵結構放大電路、輸出匹配網絡，所述的第二級共源共柵放大結構和輸出匹配網絡連接，以實現低噪聲放大器的增益≧20dB。

【技術特征摘要】
1.一種KU波段低噪聲放大器，其特征在于：包括第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構、級間匹配網絡、第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構，所述的第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構通過級間匹配網絡和第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構相連接；所述的第一級共源共柵級聯電感源級負反饋結構包括輸入匹配網絡、第一級共源共柵結構放大電路，所述的輸入匹配網絡和第一級共源共柵結構放大電路連接，以實現低噪聲放大器的噪聲系數≦1.2dB；所述的第二級共源共柵級聯電感源級負反饋結構包括第二級共源共柵結構放大電路、輸出匹配網絡，所述的第二級共源共柵放大結構和輸出匹配網絡連接，以實現低噪聲放大器的增益≧20dB。2.如權利要求1所述的KU波段低噪聲放大器，其特征在于：所述的輸入匹配網絡包括輸入電阻R1、第一電容C1、第二電容C2、第一電感L1、第二電感L2；所述的輸入電阻R1一端接地，另一端連接所述的第一電容C1，所述的第一電容C1另一端和所述的第一電感L1連接；所述的第一電感L1另一端和所述的第二電容C2連接；所述的第二電容C2另一端接地；所述的第二電感L2一端接地，另一端和所述的第一級共源共柵結構放大電路相連接。3.如權利要求2所述的KU波段低噪聲放大器，其特征在于：所述的第一級共源共柵結構放大電路包括第一共源級晶體管T1、第一共柵級晶體管T2和第三電感L3；所述的共源級晶體管T1的柵端和第一電容C1、第一電感L1均相連接，其源端和第二電感L2相連接，其漏端和第一共柵級晶體管T2的源端連接；所述的第一共柵級晶體管T2的柵端通過第三電感L3和其漏端相連接。4.如權利要求3所述的KU波段低噪聲放大器，其特征在于：所述的級間匹配網絡包括第三電容C3、第四電容C4、第四電感L4；所述的第三電容C3的一端和第一共源級晶體管T1的漏端、第一共柵級晶體管T2的漏端均相連接，另一端和所述的第四電感L4連接；所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：關赫，杜永乾，張雙喜，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61