KU波段低噪声放大器制造技术

本发明专利技术公开一种KU波段低噪声放大器，包括第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构、级间匹配网络、第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构，所述的第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构通过级间匹配网络和第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构相连接。本发明专利技术具有以下有益效果：(1)工作频带为12GHz～18GHz；(2)增益(S21)最小为20dB，且具备良好的增益平坦度；(3)在工作带宽内输入匹配S11、输出匹配S22噪声系数小于‑10dB；(4)在波段内K＞1，即电路满足无条件稳定。

【技术实现步骤摘要】
KU波段低噪声放大器
本专利技术涉及低噪声放大器，具体是涉及KU波段低噪声放大器。
技术介绍
射频接收机位于天线下一级，负责接收信号并对信号进行放大、混频、滤波等之后传递给基带进行处理。图1为传统的超外插式接收机结构框图，其中低噪声放大器(LNA)位于接收机的最前端，是射频接收系统中第一个有源电路，其直接接收来自天线的有用信号，同时可以有效的抑制噪声信号的放大，将有用信号放大后传递给后级电路进行处理，因此LNA是整个射频接收系统非常关键的模块，直接决定了接收机的信号灵敏度。当接收信号很小时，LNA能够以很小的附加噪声将有用信号进行放大，当输入信号很大时，LNA可以无失真的对信号进行接收，LNA的噪声系数必须越小越好，同时要求具有一定的增益，其需要与前后级形成良好的匹配，除此之外还需要考虑稳定性系数，线性度等指标。在LNA电路设计中通常选用源极电感负反馈结构来满足一个电阻性的输入阻抗，以便与前级形成良好的阻抗匹配。通常考虑以下三种电路拓扑结构：共栅放大器源极电感负反馈结构、反相器放大器源极电感负反馈结构和共源共栅放大器源极电感负反馈结构，其中共源共栅放大器源极电感负反馈结构可以有效降低弥勒效应对放大器的性能的影响，具备良好的反向隔离性，并且其输入输出匹配简单，因此该种结构是目前LNA设计中普遍采用的结构。共栅结构电感源级负反馈低噪声放大器如图2所示，其中C1是隔直电容，防止直流分量进入晶体管，当射频输入时其相当于短路，并参与输入匹配；C2为输出端至下一级的寄生电容，我们一般取为0.5pF，它也将参与输出匹配；Ls为源极串联电感，其在工作频率时与晶体管源极的寄生电容发生谐振，Ld为漏极串联电感，其在工作频率时与晶体管漏极的寄生电容发生谐振。YL是放大器的负载，一般为0.02S，即提供50欧姆的输出电阻。反相器结构电感源级负反馈低噪声放大器如图3所示。该种电路结构利用了电流复用技术，晶体管M1和M2类型相反，以反相器的形式将栅极连接在一起，可以在低电流的情况下获得较大的电路跨导gm，同时实现较高的电路截止频率ωT。其中两个源极电感Ls1、Ls2和栅极电感Lg配合使用，产生源极负反馈；其输出端需要增加匹配网络之后与后级相连。共源共栅级联电感源级负反馈低噪声放大器(cascode结构)如图4所示，其中晶体管M1源极与电感Ls相连，形成电感源极负反馈，该级主要是可以提供良好的输入匹配和噪声系数；同时M1作为M2的源极负载出现，而M2则相当于共栅LNA结构，该级是为了提供足够的增益，同时抑制共源级晶体管的栅漏寄生电容，使得输入和输出端很好隔离，提高LNA的稳定性，同时增强噪声性能。由于该结构可以有效降低弥勒效应对放大器的性能的影响，具备良好的反向隔离性，并且其输入输出匹配简单，因此该种共源共栅源极负反馈结构是目前LNA设计中普遍采用的基本结构。总体来讲单端LNA其优点是功耗低，三阶交调失真小，然而也存在很多问题，其中最主要的问题是其输入阻抗受源极寄生电感的影响严重。KU波段的频率受国际有关法律保护，KU频段下行从10.7到12.75GHz，上行从12.75到18.1GHz。KU波段卫星单转发器功率一般比较大，多采用赋形波束覆盖，卫星EIRP较大，加上KU波段接收天线效率高于C波段接收天线，因此接收KU波段卫星节目的天线口径远小于C波段，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收。KU波段卫星广播的主要特点：(1)C波段卫星广播遭受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重，而KU波段的地面干扰很小，KU波段频率高，一般在12.5～18GHz之间，不易受微波辐射干扰，大大地降低了对接收环境的要求；(2)接收KU波段的天线口径尺寸小，便于安装也不易被发现；(3)KU频段宽，能传送多种业务与信息；(4)KU波段下行转发器发射功率大(大约在100W以上)，能量集中，方便接收；KU波段卫星数字广播上行系统要适合于数字传输的特殊要求，这就要求上行系统要有更低的相位噪声、更好地幅频特性和群时延特性。申请号201310648430.X，专利技术创造名称“一种实现片上输入输出50欧姆匹配的低噪声放大器”公开了一种实现片上输入输出50欧姆匹配的低噪声放大器，包括输入输出匹配电路、共源共栅放大电路和旁路电容；所述放大电路采用典型的源极电感负反馈的共源共栅结构，采用Chrt0.18μmRFCMOS工艺实现了片上的输入输出50欧姆匹配的电路设计。此电路采用传统Si基cmos工艺为基础的晶体管器件组成，但在KU波段下不能够有效工作。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种KU波段低噪声放大器，包括第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构、级间匹配网络、第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构，所述的第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构通过级间匹配网络和第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构相连接；所述的第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构包括输入匹配网络、第一级共源共栅结构放大电路，所述的输入匹配网络和第一级共源共栅结构放大电路连接，以实现低噪声放大器的噪声系数≦1.2dB；所述的第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构包括第二级共源共栅结构放大电路、输出匹配网络，所述的第二级共源共栅放大结构和输出匹配网络连接，以实现低噪声放大器的增益≧20dB。优选地，输入匹配网络包括输入电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2；输入电阻R1一端接地，另一端连接第一电容C1，第一电容C1另一端和第一电感L1连接；第一电感L1另一端和所述的第二电容C2连接；第二电容C2另一端接地；第二电感L2一端接地，另一端和第一级共源共栅结构放大电路相连接。优选地，第一级共源共栅结构放大电路包括第一共源级晶体管T1、第一共栅级晶体管T2和第三电感L3；共源级晶体管T1的栅端和第一电容C1、第一电感L1均相连接，其源端和第二电感L2相连接，其漏端和第一共栅级晶体管T2的源端连接；第一共栅级晶体管T2的栅端通过第三电感L3和其漏端相连接。优选地，级间匹配网络包括第三电容C3、第四电容C4、第四电感L4；第三电容C3的一端和第一共源级晶体管T1的漏端、第一共栅级晶体管T2的漏端均相连接，另一端和第四电感L4连接；第四电感L4的另一端和第四电容C4连接；第四电容C4另一端接地。优选地，第二级共源共栅结构放大电路包括第五电感L5、第七电感L7、第二共源级晶体管T4、第二共栅级晶体管T3；第五电感L5一端接地，另一端和第二共源级晶体管T4的源端连接；第二共源级晶体管T4的栅端和第四电感L4、第四电容C4均相连接，其漏端和第二共栅级晶体管T3、第七电感L7均相连接，第七电感L7另一端接地，第二共栅级晶体管T3的栅端通过输出匹配网络和其漏端连接。优选地，输出匹配网络包括第五电容C5、第六电感L6、输出电阻R2；第六电感L6一端和第二共栅级HEMT晶体管T3的栅端连接，另一端和第二共栅级晶体管T3的漏端连接；第五电容C5和第二共栅级晶体管T3的漏端、第六电感L6均相连接，另一端连接输出电阻R2，所述的输出电阻R2另一端接地。优选地，第一共源级晶体管T1、所述的第一共栅级晶体管T2、所述的第二共源级晶体管T4、所述的第二共栅级晶体管T3均采用肖特基栅InAs/AlSbHE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种KU波段低噪声放大器，其特征在于：包括第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构、级间匹配网络、第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构，所述的第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构通过级间匹配网络和第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构相连接；所述的第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构包括输入匹配网络、第一级共源共栅结构放大电路，所述的输入匹配网络和第一级共源共栅结构放大电路连接，以实现低噪声放大器的噪声系数≦1.2dB；所述的第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构包括第二级共源共栅结构放大电路、输出匹配网络，所述的第二级共源共栅放大结构和输出匹配网络连接，以实现低噪声放大器的增益≧20dB。

【技术特征摘要】
1.一种KU波段低噪声放大器，其特征在于：包括第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构、级间匹配网络、第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构，所述的第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构通过级间匹配网络和第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构相连接；所述的第一级共源共栅级联电感源级负反馈结构包括输入匹配网络、第一级共源共栅结构放大电路，所述的输入匹配网络和第一级共源共栅结构放大电路连接，以实现低噪声放大器的噪声系数≦1.2dB；所述的第二级共源共栅级联电感源级负反馈结构包括第二级共源共栅结构放大电路、输出匹配网络，所述的第二级共源共栅放大结构和输出匹配网络连接，以实现低噪声放大器的增益≧20dB。2.如权利要求1所述的KU波段低噪声放大器，其特征在于：所述的输入匹配网络包括输入电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2；所述的输入电阻R1一端接地，另一端连接所述的第一电容C1，所述的第一电容C1另一端和所述的第一电感L1连接；所述的第一电感L1另一端和所述的第二电容C2连接；所述的第二电容C2另一端接地；所述的第二电感L2一端接地，另一端和所述的第一级共源共栅结构放大电路相连接。3.如权利要求2所述的KU波段低噪声放大器，其特征在于：所述的第一级共源共栅结构放大电路包括第一共源级晶体管T1、第一共栅级晶体管T2和第三电感L3；所述的共源级晶体管T1的栅端和第一电容C1、第一电感L1均相连接，其源端和第二电感L2相连接，其漏端和第一共栅级晶体管T2的源端连接；所述的第一共栅级晶体管T2的栅端通过第三电感L3和其漏端相连接。4.如权利要求3所述的KU波段低噪声放大器，其特征在于：所述的级间匹配网络包括第三电容C3、第四电容C4、第四电感L4；所述的第三电容C3的一端和第一共源级晶体管T1的漏端、第一共栅级晶体管T2的漏端均相连接，另一端和所述的第四电感L4连接；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：关赫，杜永乾，张双喜，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61