一種低溫寬頻帶低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，包括：用于降低場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級(jí)間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路；其中，所述輸入匹配電路、級(jí)間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。通過(guò)采用本發(fā)明公開(kāi)的放大器，不僅可以保證在低溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，而且在3.5—8GHZ的寬頻帶內(nèi)，放大器能達(dá)到25dB的增益，同時(shí)增益平坦度小于2dB，并且保證放大器的噪聲和回波損耗在寬頻帶內(nèi)足夠低。
【專利說(shuō)明】一種低溫寬頻帶低噪聲放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波放大器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種低溫寬頻帶低噪聲放大器。

【背景技術(shù)】
[0002]微波放大器是現(xiàn)代射頻、微波系統(tǒng)中非常重要的組成部分，而低噪聲微波放大器屬于接收設(shè)備前端的重要組成部分，它的噪聲抑制能力對(duì)接收機(jī)的整體噪聲起決定性的作用。
[0003]隨著科技的發(fā)展，低噪聲微波放大器也對(duì)更寬的頻帶和更大更平坦的增益提出了要求。特別在半導(dǎo)體量子點(diǎn)領(lǐng)域，尤其對(duì)于通過(guò)腔來(lái)測(cè)量量子點(diǎn)信號(hào)的實(shí)驗(yàn)中，要求系統(tǒng)電路人在極低溫環(huán)境下工作，同時(shí)由于量子點(diǎn)的信號(hào)非常微弱，這時(shí)就要求放大器能盡可能的抑制噪聲并提供足夠大的增益來(lái)放大量子點(diǎn)信號(hào)；而且由于不同腔的諧振頻率變化很大，就需要放大器有盡可能大的帶寬。
[0004]目前的低噪聲放大器由于功耗過(guò)大，不能在低溫下工作，或者工作頻帶過(guò)窄，或者噪聲抑制能力不能達(dá)到要求，或者增益不夠等原因而不能用于量子點(diǎn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，能夠在低溫下寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)噪聲抑制和信號(hào)放大。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，包括:
[0008]用于降低場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級(jí)間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路；
[0009]其中，所述輸入匹配電路、級(jí)間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。
[0010]進(jìn)一步的，所述輸入匹配電路包括:輸入信號(hào)源、電阻R5、朗格耦合器Iangel與8個(gè)微帶線ML6-ML13 ；
[0011]其中，所述信號(hào)輸入源、微帶線ML6與朗格耦合器Iangel的I端口依次串聯(lián)，電阻R5、微帶線ML7與朗格耦合器Iangel的2端口依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的3端口與微帶線ML8串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口與微帶線ML9串聯(lián)，微帶線ML8、MLlO和MLll通過(guò)十字接口 Crossl連接在一起，微帶線ML9、ML12和ML13通過(guò)Cross2連接在一起。
[0012]進(jìn)一步的，所述級(jí)間匹配電路包括:6個(gè)偏置電路T1-T6與6個(gè)微帶線ML14-ML19 ；
[0013]其中，偏置電路Tl、微帶線ML14、偏置電路T3與偏置電路T5依次串聯(lián)，偏置電路T2、微帶線ML15、偏置電路T4與偏置電路T6依次串聯(lián)，微帶線ML14、ML16與偏置電路T3通過(guò)丁字接口 Tee3連接在一起，微帶線ML15、ML17與偏置電路T4通過(guò)Tee4連接在一起，微帶線ML18、偏置電路T3與T5通過(guò)Tee5連接在一起，微帶線ML19、偏置電路T4與T6通過(guò)Tee6連接在一起。
[0014]進(jìn)一步的，所述偏置電路用于使晶體管工作在足夠低的功耗區(qū)間上以便在低溫下也能正常工作。
[0015]進(jìn)一步的，所述偏置電路包括:4個(gè)電阻R1_R4、8個(gè)電容C1-C8、電感L1、負(fù)偏壓電壓源、正偏壓電壓源、5個(gè)微帶線ML1-ML5，以及HJ-FET晶體管；
[0016]其中，所述負(fù)偏壓電壓源、電阻Rl與R2依次串聯(lián)，電容Cl、微帶線MLl與HJ-FET晶體管的G極依次串聯(lián)；電阻R3的一端連接在電阻Rl與R2之間，另一端與電容Cl和微帶線MLl之間的Teel相連；HJ_FET晶體管D極、微帶線ML2與電容C2依次串聯(lián)，電阻R4、微帶線ML3、電感LI依次串聯(lián)，電感LI還與微帶線ML2與電容C2之間的Tee2相連，電容C5、C6、C7、C8與正偏壓電壓源依次并聯(lián)接地，電容C3與C4并聯(lián)在電阻R4與微帶線ML3之間，并接地；微帶線ML4與ML5并聯(lián)，其一端接地，另一端接HJ-FET的S極。
[0017]進(jìn)一步的，所述輸出匹配電路包括:信號(hào)輸出端、電阻R6、朗格耦合器lange2、2個(gè)扇形微帶線Stul-Stu2，以及6個(gè)微帶線ML20-ML25 ；
[0018]其中，所述扇形微帶線Stul、微帶線ML20與ML22通過(guò)Cross3連接在一起,微帶線ML22還與朗格耦合器lange2的I端口串聯(lián)；扇形微帶線Stu2、微帶線ML21與ML23通過(guò)Cross3連接在一起，微帶線ML23還與朗格耦合器lange2的2端口串聯(lián)；朗格耦合器lange2的3端口、微帶線ML24與電阻R6依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口、微帶線ML25與信號(hào)輸出端依次串聯(lián)。
[0019]進(jìn)一步的，信號(hào)輸入源與信號(hào)輸出端均采用SMA接頭。
[0020]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本方案包括輸入匹配電路、級(jí)間匹配電路和輸出匹配電路；其中，輸入匹配電路采用朗格耦合器和微帶電路匹配，能充分抑制噪聲和減小回波損耗；級(jí)間匹配電路通過(guò)HJ-FET工作點(diǎn)的選擇和級(jí)間微帶線匹配，使得放大器在寬頻帶內(nèi)大而平坦的增益，并且控制功耗，使其能在低溫下工作；輸出匹配電路采用朗格耦合器和微帶電路匹配，能有效減小回波損耗。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種低溫寬頻帶低噪聲放大器的電路示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種偏置電路的電路示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的放大器放大能力的實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的信號(hào)輸入源回波損耗程度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的信號(hào)輸出端回波損耗程度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]實(shí)施例
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種低溫寬頻帶低噪聲放大器的電路示意圖。如圖1所示，該放大器主要包括:
[0030]用于降低場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級(jí)間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路；
[0031 ] 其中，所述輸入匹配電路、級(jí)間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。
[0032]進(jìn)一步的，所述輸入匹配電路包括:輸入信號(hào)源、電阻R5、朗格耦合器Iangel與8個(gè)微帶線ML6-ML13 ；
[0033]其中，所述信號(hào)輸入源、微帶線ML6與朗格耦合器Iangel的I端口依次串聯(lián)，電阻R5、微帶線ML7與朗格耦合器Iangel的2端口依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的3端口與微帶線ML8串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口與微帶線ML9串聯(lián)，微帶線ML8、MLlO和MLll通過(guò)Crossl (十字接口 )連接在一起，微帶線ML9、ML12和ML13通過(guò)Cross2連接在一起。
[0034]進(jìn)一步的，所述級(jí)間匹配電路包括:6個(gè)偏置電路T1-T6與6個(gè)微帶線ML14-ML19 ；
[0035]其中，偏置電路Tl、微帶線ML14、偏置電路T3與偏置電路T5依次串聯(lián)，偏置電路T2、微帶線ML15、偏置電路T4與偏置電路T6依次串聯(lián)，微帶線ML14、ML16與偏置電路T3通過(guò)Tee3( 丁字接口)連接在一起，微帶線ML15、ML17與偏置電路T4通過(guò)Tee4連接在一起，微帶線ML18、偏置電路T3與T5通過(guò)Tee5連接在一起，微帶線ML19、偏置電路T4與T6通過(guò)Tee6連接在一起。
[0036]進(jìn)一步的，所述偏置電路用于使晶體管工作在足夠低的功耗區(qū)間上以便在低溫下也能正常工作。
[0037]進(jìn)一步的，如圖2所示，所述偏置電路主要包括:4個(gè)電阻R1_R4、8個(gè)電容C1-C8、電感L1、負(fù)偏壓電壓源、正偏壓電壓源、5個(gè)微帶線ML1-ML5，以及異質(zhì)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HJ-FET)；
[0038]其中，所述負(fù)偏壓電壓源、電阻Rl與R2依次串聯(lián)，電容Cl、微帶線MLl與HJ-FET晶體管的G極依次串聯(lián)；電阻R3的一端連接在電阻Rl與R2之間，另一端與電容Cl和微帶線MLl之間的Teel相連；HJ_FET晶體管D極、微帶線ML2與電容C2依次串聯(lián)，電阻R4、微帶線ML3、電感LI依次串聯(lián)，電感LI還與微帶線ML2與電容C2之間的Tee2相連，電容C5、C6、C7、C8與正偏壓電壓源依次并聯(lián)接地，電容C3與C4并聯(lián)在電阻R4與微帶線ML3之間，并接地；微帶線ML4與ML5并聯(lián)，其一端接地，另一端接HJ-FET的S極。
[0039]進(jìn)一步的，所述輸出匹配電路包括:信號(hào)輸出端、電阻R6、朗格耦合器lange2、2個(gè)扇形微帶線Stul-Stu2，以及6個(gè)微帶線ML20-ML25 ；
[0040]其中，所述扇形微帶線Stul、微帶線ML20與ML22通過(guò)Cross3連接在一起,微帶線ML22還與朗格耦合器lange2的I端口串聯(lián)；扇形微帶線Stu2、微帶線ML21與ML23通過(guò)Cross3連接在一起，微帶線ML23還與朗格耦合器lange2的2端口串聯(lián)；朗格耦合器lange2的3端口、微帶線ML24與電阻R6依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口、微帶線ML25與信號(hào)輸出端依次串聯(lián)。
[0041]本發(fā)明實(shí)施例提供的低溫寬頻帶低噪聲放大器中內(nèi)部元器件的型號(hào)可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇。示例性的，所述HJ-FET可以選用NE3503M04型號(hào)；電容元件和電感元件可以選用Murata公司0402標(biāo)準(zhǔn)封裝對(duì)應(yīng)參數(shù)的元件；電阻元件可以選用Yageo公司0402標(biāo)準(zhǔn)封裝對(duì)應(yīng)參數(shù)的金屬膜電阻；HJ-FET、電容元件、電感元件和電阻元件可以采用SMT(表面組裝技術(shù))工藝焊接固定于介質(zhì)板上，介質(zhì)板板材選用RT6002型號(hào)，介質(zhì)板尺寸為54.8*40.7mm ;同時(shí)，所述信號(hào)輸入源與信號(hào)輸出端均采用SMA接頭。
[0042]本實(shí)施實(shí)例提供的低溫寬頻帶低噪聲放大器設(shè)計(jì)工作區(qū)間可以為3.5 — 8GHZ，器件的S參數(shù):S21的測(cè)量值見(jiàn)圖3，Sll的測(cè)量值見(jiàn)圖4，S22的測(cè)量值見(jiàn)圖5。其中S21代表放大器的放大能力，Sll和S22分別代表放大器的信號(hào)輸入源與信號(hào)輸出端的回波損耗程度，Sll和S22均穩(wěn)定在-1OdB以下，S21穩(wěn)定在25dB以上，符合設(shè)計(jì)需求。
[0043]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，包括: 用于降低場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET在寬頻帶內(nèi)輸入回波損耗和噪聲的輸入匹配電路、用于使低溫寬頻帶低噪聲放大器產(chǎn)生平坦高增益的級(jí)間匹配電路，以及用于降低FET在寬頻帶內(nèi)輸出回波損耗的輸出匹配電路； 其中，所述輸入匹配電路、級(jí)間匹配電路與輸出匹配電路依次串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述輸入匹配電路包括:輸入信號(hào)源、電阻R5、朗格耦合器Iangel與8個(gè)微帶線ML6-ML13 ； 其中，所述信號(hào)輸入源、微帶線ML6與朗格耦合器Iangel的I端口依次串聯(lián)，電阻R5、微帶線ML7與朗格耦合器Iangel的2端口依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的3端口與微帶線ML8串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口與微帶線ML9串聯(lián)，微帶線ML8、MLlO和MLll通過(guò)十字接口 Crossl連接在一起，微帶線ML9、ML12和ML13通過(guò)Cross2連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述級(jí)間匹配電路包括:6個(gè)偏置電路T1-T6與6個(gè)微帶線ML14-ML19 ； 其中，偏置電路T1、微帶線ML14、偏置電路T3與偏置電路T5依次串聯(lián)，偏置電路T2、微帶線ML15、偏置電路T4與偏置電路T6依次串聯(lián)，微帶線ML14、ML16與偏置電路T3通過(guò)丁字接口 Tee3連接在一起，微帶線ML15、ML17與偏置電路T4通過(guò)Tee4連接在一起，微帶線ML18、偏置電路T3與T5通過(guò)Tee5連接在一起，微帶線ML19、偏置電路T4與T6通過(guò)Tee6連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述偏置電路用于使晶體管工作在足夠低的功耗區(qū)間上以便在低溫下也能正常工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述偏置電路包括:4個(gè)電阻Rl-R4、8個(gè)電容C1-C8、電感L1、負(fù)偏壓電壓源、正偏壓電壓源、5個(gè)微帶線ML1-ML5，以及HJ-FET晶體管； 其中，所述負(fù)偏壓電壓源、電阻Rl與R2依次串聯(lián)，電容Cl、微帶線MLl與HJ-FET晶體管的G極依次串聯(lián)；電阻R3的一端連接在電阻Rl與R2之間，另一端與電容Cl和微帶線MLl之間的Teel相連；HJ_FET晶體管D極、微帶線ML2與電容C2依次串聯(lián)，電阻R4、微帶線ML3、電感LI依次串聯(lián)，電感LI還與微帶線ML2與電容C2之間的Tee2相連，電容C5、C6、C7、C8與正偏壓電壓源依次并聯(lián)接地，電容C3與C4并聯(lián)在電阻R4與微帶線ML3之間，并接地；微帶線ML4與ML5并聯(lián)，其一端接地，另一端接HJ-FET的S極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，所述輸出匹配電路包括:信號(hào)輸出端、電阻R6、朗格耦合器lange2、2個(gè)扇形微帶線Stul_Stu2，以及6個(gè)微帶線 ML20-ML25 ； 其中，所述扇形微帶線Stu1、微帶線ML20與ML22通過(guò)Cross3連接在一起，微帶線ML22還與朗格耦合器lange2的I端口串聯(lián)；扇形微帶線Stu2、微帶線ML21與ML23通過(guò)Cross3連接在一起，微帶線ML23還與朗格耦合器lange2的2端口串聯(lián)；朗格耦合器lange2的3端口、微帶線ML24與電阻R6依次串聯(lián)，朗格耦合器lange2的4端口、微帶線ML25與信號(hào)輸出端依次串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的低溫寬頻帶低噪聲放大器，其特征在于，信號(hào)輸入源與信號(hào)輸出端均采用SMA接頭。
【文檔編號(hào)】H03F1/26GK104467691SQ201410735258
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】郭國(guó)平, 鄭智雄, 李海鷗, 曹剛, 肖明, 郭光燦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)