[發明專利]KU波段低噪聲放大器

有效

• 申請號: 201611090968.3
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106788278B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 關赫;杜永乾;張雙喜
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F1/56;H03F3/19;H03F3/24
• 代理公司: 西安利澤明知識產權代理有限公司 61222
• 代理人: 賈曉玲

本發明公開一種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。

技術領域

本發明涉及低噪聲放大器，具體是涉及KU波段低噪聲放大器。

背景技術

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；L_s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，L_d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。Y_L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g_m，同時實現較高的電路截止頻率ω_T。其中兩個源極電感L_s1、L_s2和柵極電感L_g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。