一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器，包括输入端匹配电路、宽频带的单片低噪声放大电路。输入端匹配电路与单片低噪声放大电路级联，主要通过电容C1、C2，电感L1和电阻R1对单片放大电路输入端口进行匹配进而优化放大器的噪声和端口回波损耗等性能；单片低噪声放大电路包括三级应变高电子迁移率晶体管、匹配电路和偏置电路组成。通过采用本发明专利技术公开的低噪声放大器，能够稳定用于超低温的液氦温区，在2GHz～15GHz的宽频带范围内，增益大于32dB，噪声温度小于10K，通过改变外输入端匹配电路可以实现更为优异的窄带性能，器件具有噪声低、体积小、匹配方便等特点，能够应用于深空探测、射电天文等领域的接收系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器
本专利技术涉及微波器件
，具体涉及一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器。
技术介绍
接收机系统的灵敏度被系统噪声所限制，而系统噪声由使用器件噪声与环境背景噪声共同决定，在一般的微波接收系统中对噪声指标的要求不是很高，常规的微波放大器就能够满足其需求，但是对于射电天文、深空探测以及低温物理等系统，其接收信号的背景噪声仅有几K，这情况就对系统本身的噪声要求是非常严格的，必须采用以超低温低噪声放大器为核心的致冷接收前端最大程度降低器件产生的噪声，才能发挥接收机系统的最佳性能。应变高电子迁移率晶体管(mHEMT)具有最优异的噪声和卓越的高频特性，在较低漏极电压时就能获得很高的载流子速度，此外在超低温度下由于量子阱势能变大激发出电子所需要的能量必然要高于常温，而mHEMT技术在超低温下电子迁移时能够不遭受载流子冻析效应的影响，在液氦(-269℃左右)温区下仅需要略微提升一点栅极电压就能确保器件的正常工作。噪声性能是低噪声放大器最为关注的指标，由输入端电路与第一级mHEMT器件的噪声阻抗匹配性决定，常规单片低噪声放大器的匹配电路与其他电路一起集成至片上，在液氦温区工作出现工作频带漂移时无法调试，甚至更为严重出现自激振荡。本专利技术正是基于mHEMT器件的低温特性和单片电路的特点设计了一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器。
技术实现思路
本专利技术提出的一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器，可解决射电天文、深空探测以及低温物理等领域对宽带低噪声放大器的需求，同时输入端的外匹配电路可以根据实际使用频段做优化调整，最大程度的扩展放大器使用范围。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器包括输入端匹配电路、单片低噪声放大电路，所述输入端匹配电路与单片低噪声放大电路级联；其中，所述输入端匹配电路包括通过电容C1、电容C2，电感L1、电阻R1、微带线TL7、微带线TL8和栅极偏置电路，微带线TL8和单片电路PAD1通过一条直径25μm长度350μm至400μm的金丝连接。可以对单片放大电路输入端口进行匹配，进而优化放大器的噪声和端口回波损耗等性能，也有利于液氦环境中电路性能的优化调试。进一步的，所述单片低噪声放大电路包括第一级mHEMT管T1，第二级mHEMT管T2，第三级mHEMT管T3，第一级mHEMT管T1的栅极通过PAD1连接输入端匹配电路，源极通过微带线TL1和TL2接地，漏极通过级间匹配电路与第二级mHEMT管T2连接，第二级mHEMT管T2的源极通过微带线TL3和TL4接地，漏极通过级间匹配电路与第三级mHEMT管T3连接，第三级mHEMT管T3的栅极连接输入端匹配电路，源极通过微带线TL5和TL6接地，漏极通过输出匹配电路与输出端口PAD2连接。其中TL1～TL6提升电路的稳定性，TL7和TL8为50Ω阻抗的微带传输线，单片低噪声放大电路采用130nm工艺，由于三级mHEMT管T1、T2、T3的常温微波性能与偏置工作点具有较大差异，在设计时使用超低温微波探针台提取mHEMT管在液氦温区的散射参数(S参数)与直流参数，同时通过测试夹具提取了电阻、电容、电感等无源器件液氦温区的S参数，并建立mHEMT管和无源器件液氦温区的模型电路应用于低噪声单片电路的仿真设计，提高单片放大器的设计效率。进一步的，所述第一级mHEMT管T1的栅宽为2×100μm，第二级mHEMT管T2栅宽为2×50μm，第三级mHEMT管T3栅宽为2×50μm。进一步的，所述三级mHEMT管T1、T2、T3的栅极和漏极分别由B1～B6组成的偏置电路独立供电，mHEMT管的栅极与漏极分开供电有利于常温与液氦温区的调试与测试。进一步的所述信号输入端口和信号输出端口可以接SMA、K型同轴连接器，也可以采用微带线与其它微波器件集成为多功能超低温微波组件。由上述技术方案可知，本专利技术的一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器主要是由输入端匹配电路、单片低噪声放大电路组成。单片低噪声放大电路确保放大器在宽频带范围内的增益、带内平坦度和噪声性能；外匹配电路可以对放大器的输入端口进行匹配，进而优化放大器的噪声和端口回波损耗等性能，并且通过优化设计为工作在液氦温区的窄带低噪声放大器。综上所述，本专利技术具有体积小、噪声温度低等特点，能够应用于深空探测、射电天文以及低温物理研究等对噪声性能有极致要求的接收系统。附图说明图1是本专利技术的电路示意图；图2是本专利技术的增益测试结果图；图3是本专利技术的噪声温度测试结果图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本实施例提供一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器，如图1所示，包括输入端匹配电路、单片低噪声放大电路，其中，输入端匹配电路与单片低噪声放大电路级联。具体的，所述输入端匹配电路包括通过电容C1、电容C2，电感L1、电阻R1、微带线TL7、微带线TL8和栅极偏置电路，微带线TL8和单片电路PAD1通过一条直径25μm长度350μm至400μm的金丝连接。可以对单片放大电路输入端口进行匹配，进而优化放大器的噪声和端口回波损耗等性能，也有利于液氦环境中电路性能的优化调试。所述单片低噪声放大电路包括第一级mHEMT管T1的栅宽为2×100μm，第二级mHEMT管T2栅宽为2×50μm，第三级mHEMT管T3栅宽为2×50μm。第一级mHEMT管T1的栅极通过PAD1连接输入端匹配电路，源极通过微带线TL1和TL2接地，漏极通过级间匹配电路与第二级mHEMT管T2连接，第二级mHEMT管T2的源极通过微带线TL3和TL4接地，漏极通过级间匹配电路与第三级mHEMT管T3连接，第三级mHEMT管T3的栅极连接输入端匹配电路，源极通过微带线TL5和TL6接地，漏极通过输出匹配电路与输出端口PAD2连接。其中TL1～TL6提升电路的稳定性，TL7和TL8为50Ω阻抗的微带传输线，单片低噪声放大电路采用130nm工艺，由于三级mHEMT管T1、T2、T3的常温微波性能与偏置工作点具有较大差异，在设计时使用超低温微波探针台提取mHEMT管在液氦温区的散射参数(S参数)与直流参数，同时通过测试夹具提取了电阻、电容、电感等无源器件液氦温区的S参数，并建立mHEMT管和无源器件液氦温区的模型电路应用于低噪声单片电路的仿真设计，提高单片放大器的设计效率。所述三级mHEMT管T1、T2、T3的栅极和漏极分别由B1～B6组成的偏置电路独立供电，mHEMT管的栅极与漏极分开供电有利于常温与液氦温区的调试与测试，在液氦温区使用时根据实际情况三级mHEMT管的漏极电压和电流分别为：T1的漏极电压1.5V，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器，其特征在于：/n包括输入端匹配电路、能够工作在零下269摄氏度的宽频带单片低噪声放大电路，所述输入端匹配电路与宽频带的单片低噪声放大电路级联；/n输入端匹配电路包括通过电容C1、电容C2，电感L1、电阻R1、微带线TL7、微带线TL8和栅极偏置电路，微带线TL8和单片电路PAD1通过一条直径25μm，长度350μm至400μm的金丝连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器，其特征在于：
包括输入端匹配电路、能够工作在零下269摄氏度的宽频带单片低噪声放大电路，所述输入端匹配电路与宽频带的单片低噪声放大电路级联；
输入端匹配电路包括通过电容C1、电容C2，电感L1、电阻R1、微带线TL7、微带线TL8和栅极偏置电路，微带线TL8和单片电路PAD1通过一条直径25μm，长度350μm至400μm的金丝连接。


2.根据权利要求1所述的用于液氦温区输入端口可外匹配的单片低噪声放大器，其特征在于：所述宽频带单片低噪声放大电路包括第一级mHEMT管T1，第二级mHEMT管T2，第三级mHEMT管T3，第一级mHEMT管T1的栅极通过PAD1连接输入端匹配电路，源极通过微带线TL1和TL2接地，漏极通过级间匹配电路与第二级mHEMT管T2连接，第二级mHEMT管T2的源极通过微带线TL3和TL4接地，漏极通过级间匹配电路与第三级mHEMT管T3连接，第三级mHEMT管T3的栅极连接输入端匹配电路，源极通过微带线TL5和TL6接地，漏极通过输出匹配电路与输出端口PAD2连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：何川，王生旺，王自力，张诚，刘盼盼，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十六研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34