電容負反饋形式的低噪聲放大器的製作方法

2023-08-04 13:21:21 1

專利名稱：電容負反饋形式的低噪聲放大器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於超短波有源器件低噪聲放大器技術領域，涉及一種電容負反饋形 式的低噪聲放大器。
背景技術：
低噪聲放大器是現代通信技術和電子戰等應用中一個極其重要的部分，是接收系 統的核心器件。在接收系統中，低噪聲放大器總是處於前端的位置。整個接收系統的噪聲取決於 低噪聲放大器的噪聲。與普通放大器相比，低噪聲放大器一方面可以減小系統的雜波幹擾， 提高系統的靈敏度；另一方面放大系統所需信號，保證系統工作的正常運行。低噪聲放大器 的性能不僅制約了整個接收系統的性能，而且，對於整個接收系統技術水平的提高，也起了 決定性的作用。它已廣泛地應用於宇宙通訊、雷達、電子對抗、遙測遙控、射電天文、大地測 繪、微波通信等無線電通信系統中。現有低噪聲放大器的電路實現形式主要包含平衡電路、負反饋電路、有源匹配、 有損匹配和行波電路等形式。低噪聲放大器的性能指標主要包括工作帶寬、通帶增益及平 坦度、反射損耗、噪聲係數、增益壓縮點等。低噪聲放大器是通過適當的偏置電路和輸入輸出匹配網絡，結合電晶體(雙極性 電晶體或者場效應管)的放大作用，完成輸入信號的功率放大。在此過程中，要儘量降低電 路內部產生的噪聲。如圖1所示，為典型的單管低噪聲放大器結構示意圖，包括輸入匹配1、偏置網絡2 和電源3。對於這一電路，它在某一頻率處的最佳輸入匹配阻抗為Zs = Rs+jXs，而最佳噪聲 匹配阻抗為Z。pt = R。pt+jX。pt。兩個匹配阻抗不盡相同，特別是阻抗的實部存在較大的差異。 所以低噪聲放大器的設計通常難以對這兩方面實現同時兼顧。但是可以通過一定的電路拓 撲結構形式來補償由於為適應最佳噪聲匹配而引入的源端失配。在進行低噪聲放大器源端匹配時，往往存在輸入匹配和噪聲係數的矛盾為了實 現低噪放的最小噪聲，電路的源端匹配應按照最佳噪聲點來進行設計；為了實現低噪放的 最大功率傳輸，電路的源端匹配應按照最佳輸入匹配點來進行設計。但是由於電晶體器件 本身的原因，放大電路的最佳噪聲匹配點與最佳輸入匹配點是不相同的。本實用新型針對 上述矛盾，提出了一種電容負反饋形式的低噪聲放大電路。它在不增加電路結構複雜性的 基礎上，能有效減小最佳輸入匹配點與最佳噪聲點之間的差異，從而使放大器在實現輸入 阻抗匹配的同時獲得理想的噪聲性能。
發明內容本實用新型針對現有技術的不足，提供了一種電容負反饋形式的低噪聲放大器。本實用新型針對上述技術問題所採用的技術方案如下電容負反饋形式的低噪聲放大器包括第一偏置電阻R1、第二偏置電阻R2、第三偏置電阻R3、第一保護電阻R4、第二保護電阻R5、反饋電阻R6、穩定電阻R7、第一隔直電容 Cl、第二隔直電容C5、第一旁路電容C2、第二旁路電容C3、第三旁路電容C8、第四旁路電容 C9、匹配電容C4、第一反饋電容C6、第二反饋電容C7、第一匹配電感Li、第二匹配電感L2、第 三匹配電感L4、第一射頻扼流電感L3、第二射頻扼流電感L5、場效應管PHEMT和5V供電電 源。第一匹配電感Ll的一端與信號輸入端連接，另一端與第二匹配電感L2的一端、第 一隔直電容Cl 一端連接；第二匹配電感L2的另一端接地，第一隔直電容Cl另一端、第一反 饋電容C6的一端、第一射頻扼流電感L3的一端與場效應管PHEMT的柵極連接；第一射頻扼 流電感L3的另一端、第一旁路電容C2的一端與第二保護電阻R5的一端連接，第一旁路電 容C2的另一端接地；第二保護電阻R5的另一端、第二旁路電容C3的一端與第一保護電阻 R4的一端連接，第二旁路電容C3的另一端接地；第一保護電阻R4的另一端、第二偏置電阻 R2的一端與第三偏置電阻R3的一端連接，第三偏置電阻R3的另一端接地； 第一反饋電容C6的另一端與反饋電阻R6的一端連接，反饋電阻R6的另一端、穩 定電阻R7的一端、第二射頻扼流電感L5的一端、第二反饋電容C7的一端與場效應管PHEMT 的漏極連接，第二反饋電容C7的另一端與場效應管PHEMT的源極連接；第二射頻扼流電感 L5的另一端、第二偏置電阻R2的另一端、第一偏置電阻Rl的一端與第三旁路電容C8的一 端連接，第三旁路電容C8的另一端接地；第一偏置電阻Rl的另一端、第四旁路電容C9的一 端與5V供電電源的連接，第四旁路電容C9的另一端接地；穩定電阻R7的另一端與第二隔直電容C5的一端連接，第二隔直電容C5的另一 端、匹配電容C4的一端與第三匹配電感L4的一端連接，匹配電容C4的另一端接地，第三匹 配電感L4的另一端與信號輸出端連接。本實用新型電路結構簡易、便於實現；平衡低噪聲放大器的噪聲匹配和輸入匹配 之間的矛盾；通過改變最佳輸入匹配阻抗值的虛部，使其無限接近最佳噪聲匹配阻抗的虛 部。

圖1為典型低噪聲放大器結構示意圖；圖2為本實用新型的電路示意圖；圖3為本實用新型的具體電路圖。
具體實施方式
基於電容負反饋的低噪聲放大器電路的核心技術就是在電晶體的源極與漏極之 間引入一個合適大小的電容，如圖2所示。它是在不增加原始電路結構的基礎上(包括了 現有技術中的輸入匹配1、偏置網絡2和電源3)，改變了最佳輸入匹配阻抗值的虛部Xs，使 其無限接近最佳噪聲匹配阻抗的虛部X。pt。如圖3所示，本實施例包括第一偏置電阻R1、第二偏置電阻R2、第三偏置電阻R3、 第一保護電阻R4、第二保護電阻R5、反饋電阻R6、穩定電阻R7、第一隔直電容Cl、第二隔直 電容C5、第一旁路電容C2、第二旁路電容C3、第三旁路電容C8、第四旁路電容C9、匹配電容 C4、第一反饋電容C6、第二反饋電容C7、第一匹配電感Li、第二匹配電感L2、第三匹配電感L4、第一射頻扼流電感L3、第二射頻扼流電感L5、場效應管PHEMT和5V供電電源。其中， 第一匹配電感Li、第二匹配電感L2、第三匹配電感L4和匹配電容C4 一起組成阻抗匹配網 絡，它們的作用是完成阻抗的轉換，實現功率的最佳傳輸和噪聲的最小匹配；第一隔直電容 Cl和第二隔直電容C5，它們既參與了阻抗匹配，同時也完成了隔直通交(隔斷直流信號，接 通高頻信號)的功能；第一射頻扼流電感L3和第二射頻扼流電感L5，它們既參與了阻抗匹 配，同時也完成了隔交通直(隔斷高頻信號，接通直流信號)的功能；第一旁路電容C2、第 二旁路電容C3、第三旁路電容C8和第四旁路電容C9，它們的作用是濾除放大電路不需要的 雜波，保持電路穩定地工作；第一偏置電阻R1、第二偏置電阻R2和第三偏置電阻R3共同組 成放大電路的偏置網絡，它們是為放大電路提供合適的靜態工作點，使得放大器能穩定工 作；第一保護電阻R4和第二保護電阻R5的主要是為了保護電晶體安全穩定的工作，防止晶 體管柵極電流的突變；穩定電阻R7主要是為了提升放大電路在低頻端的穩定性；反饋電阻 R6和第一反饋電容C6主要是為了提升放大電路在低頻端的穩定性，同時拓展了放大電路 的工作帶寬；第二反饋電容C7的主要作用是讓放大電路的最佳輸入匹配點更加接近放大 電路的最佳噪聲匹配點，它也是本實用新型的核心所在。 第一匹配電感Ll的一端與信號輸入端連接，另一端與第二匹配電感L2的一端、第 一隔直電容Cl 一端連接；第二匹配電感L2的另一端接地，第一隔直電容Cl另一端、第一反 饋電容C6的一端、第一射頻扼流電感L3的一端與場效應管PHEMT的柵極連接；第一射頻扼 流電感L3的另一端、第一旁路電容C2的一端與第二保護電阻R5的一端連接，第一旁路電 容C2的另一端接地；第二保護電阻R5的另一端、第二旁路電容C3的一端與第一保護電阻 R4的一端連接，第二旁路電容C3的另一端接地；第一保護電阻R4的另一端、第二偏置電阻 R2的一端與第三偏置電阻R3的一端連接，第三偏置電阻R3的另一端接地；第一反饋電容C6的另一端與反饋電阻R6的一端連接，反饋電阻R6的另一端、穩 定電阻R7的一端、第二射頻扼流電感L5的一端、第二反饋電容C7的一端與場效應管PHEMT 的漏極連接，第二反饋電容C7的另一端與場效應管PHEMT的源極連接；第二射頻扼流電感 L5的另一端、第二偏置電阻R2的另一端、第一偏置電阻Rl的一端與第三旁路電容C8的一 端連接，第三旁路電容C8的另一端接地；第一偏置電阻Rl的另一端、第四旁路電容C9的一 端與5V供電電源的連接，第四旁路電容C9的另一端接地；穩定電阻R7的另一端與第二隔直電容C5的一端連接，第二隔直電容C5的另一 端、匹配電容C4的一端與第三匹配電感L4的一端連接，匹配電容C4的另一端接地，第三匹 配電感L4的另一端與信號輸出端連接。
權利要求電容負反饋形式的低噪聲放大器，包括第一偏置電阻R1、第二偏置電阻R2、第三偏置電阻R3、第一保護電阻R4、第二保護電阻R5、反饋電阻R6、穩定電阻R7、第一隔直電容C1、第二隔直電容C5、第一旁路電容C2、第二旁路電容C3、第三旁路電容C8、第四旁路電容C9、匹配電容C4、第一反饋電容C6、第二反饋電容C7、第一匹配電感L1、第二匹配電感L2、第三匹配電感L4、第一射頻扼流電感L3、第二射頻扼流電感L5、場效應管PHEMT和5V供電電源，其特徵在於第一匹配電感L1的一端與信號輸入端連接，另一端與第二匹配電感L2的一端、第一隔直電容C1一端連接；第二匹配電感L2的另一端接地，第一隔直電容C1另一端、第一反饋電容C6的一端、第一射頻扼流電感L3的一端與場效應管PHEMT的柵極連接；第一射頻扼流電感L3的另一端、第一旁路電容C2的一端與第二保護電阻R5的一端連接，第一旁路電容C2的另一端接地；第二保護電阻R5的另一端、第二旁路電容C3的一端與第一保護電阻R4的一端連接，第二旁路電容C3的另一端接地；第一保護電阻R4的另一端、第二偏置電阻R2的一端與第三偏置電阻R3的一端連接，第三偏置電阻R3的另一端接地；第一反饋電容C6的另一端與反饋電阻R6的一端連接，反饋電阻R6的另一端、穩定電阻R7的一端、第二射頻扼流電感L5的一端、第二反饋電容C7的一端與場效應管PHEMT的漏極連接，第二反饋電容C7的另一端與場效應管PHEMT的源極連接；第二射頻扼流電感L5的另一端、第二偏置電阻R2的另一端、第一偏置電阻R1的一端與第三旁路電容C8的一端連接，第三旁路電容C8的另一端接地；第一偏置電阻R1的另一端、第四旁路電容C9的一端與5V供電電源的連接，第四旁路電容C9的另一端接地；穩定電阻R7的另一端與第二隔直電容C5的一端連接，第二隔直電容C5的另一端、匹配電容C4的一端與第三匹配電感L4的一端連接，匹配電容C4的另一端接地，第三匹配電感L4的另一端與信號輸出端連接。
專利摘要本實用新型涉及一種電容負反饋形式的低噪聲放大器。現有的低噪聲放大器電路結構複雜，存在外界噪聲。本實用新型提出了一種結構簡易的電容反饋形式的低噪放電路，它能顯著平衡放大電路的噪聲匹配和功率匹配之間的矛盾，而且不會引入額外的外界噪聲。本實用新型是在完成初步設計的低噪聲放大電路的基礎上，在場效應管的源極與漏極之間添加一個合適大小的電容值，它能使得低噪聲放大電路的最佳輸入匹配點迫近最佳噪聲匹配點。其實質是改變原始放大電路的最佳輸入匹配阻抗的實部，讓它更加接近放大電路的最佳噪聲匹配阻抗的實部。本實用新型電路結構簡易、便於實現；平衡低噪聲放大器的噪聲匹配和輸入匹配之間的矛盾。
文檔編號H03F1/26GK201611870SQ20102010861
公開日2010年10月20日 申請日期2010年2月2日 優先權日2010年2月2日
發明者餘益偉, 官伯然, 肖豔 申請人:杭州電子科技大學