滤波低噪声放大器和接收机转让专利
申请号 : CN202111428874.3
文献号 : CN113839623B
文献日 : 2022-03-22
发明人 : 章秀银 , 李慧阳 , 徐金旭 , 宣凯 , 龙华
申请人 : 华南理工大学 , 深圳飞骧科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种滤波低噪声放大器,其特征在于,所述滤波低噪声放大器包括:依次级联的输入级匹配电路、放大电路和输出级匹配电路,所述输出级匹配电路包括用于形成传输零点的第一传输线,所述传输零点的频率小于所述滤波低噪声放大器的工作频段的最小频率;
所述输入级匹配电路与信号输入端连接,用于实现所述信号输入端与所述放大电路之间的阻抗匹配,并向所述放大电路传输来自所述信号输入端的信号;
所述放大电路,用于对所述信号进行放大处理;
所述输出级匹配电路与所述放大电路和信号输出端连接,用于实现所述放大电路与所述信号输出端之间的阻抗匹配,并利用所述传输零点对所述放大电路包括的第二晶体管的漏极输出的信号进行滤波处理;
所述输出级匹配电路还包括第五传输线、第四电容、第五电容以及第六传输线;
所述输出级匹配电路的第三传输线、所述第五传输线以及对应的去耦电路形成的第四供电通路,用于向所述第二晶体管的漏极提供供电电压;
所述第四电容,用于将交流电与所述第四供电通路的直流电进行隔离;
所述第一传输线与所述第四电容、所述第五电容的连接点处形成的短路,用于形成所述传输零点;
所述第六传输线的一端接地,所述第六传输线的另一端与所述信号输出端连接;
其中,所述第五电容的一端分别与所述第四电容的一端和所述第一传输线的一端连接,所述第五电容的另一端分别与所述第六传输线的另一端和所述信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的滤波低噪声放大器,其特征在于,所述第一传输线包括阶跃阻抗型的传输线。
3.根据权利要求1或2所述的滤波低噪声放大器,其特征在于,所述放大电路包括第一放大电路和第二放大电路,所述第一放大电路包括第一晶体管和中间级匹配电路,所述第二放大电路包括第二晶体管;
所述中间级匹配电路设置于所述第一晶体管和所述第二晶体管之间,用于实现所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的栅极之间的阻抗匹配;
所述输出级匹配电路与所述第二晶体管和所述信号输出端连接,用于实现所述第二晶体管的漏极与所述信号输出端之间的阻抗匹配,并利用所述传输零点对所述第二晶体管的漏极输出的信号进行滤波处理。
4.根据权利要求3所述的滤波低噪声放大器,其特征在于,所述第一放大电路的数量为多个,多个所述第一放大电路级联连接;
相互级联的两个所述第一放大电路中前一个第一放大电路的中间级匹配电路,用于实现前一个第一晶体管的漏极与后一个第一晶体管的栅极之间的阻抗匹配;
其中,所述前一个第一晶体管为所述前一个第一放大电路的第一晶体管,所述后一个第一晶体管为两个所述第一放大电路中后一个第一放大电路的第一晶体管。
5.根据权利要求3所述的滤波低噪声放大器,其特征在于,所述滤波低噪声放大器还包括:第一电阻、第一电容以及第二传输线,所述第二晶体管的栅极、所述第一电阻、所述第一电容、所述第二传输线以及所述第二晶体管的漏极形成反馈回路;
所述反馈回路,用于调控所述滤波低噪声放大器输出的信号增益的变化幅度。
6.根据权利要求4所述的滤波低噪声放大器,其特征在于,所述滤波低噪声放大器还包括去耦电路,所述去耦电路与第三传输线连接。
7.根据权利要求6所述的滤波低噪声放大器,其特征在于,所述输入级匹配电路还包括第四传输线以及第二电容,所述输入级匹配电路的第三传输线、所述第四传输线以及对应的所述去耦电路形成第一供电通路;
所述第一供电通路,用于为所述第一晶体管的栅极提供栅极电压;
第二电容,用于将交流电与所述第一供电通路的直流电进行隔离。
8.根据权利要求6所述的滤波低噪声放大器,其特征在于,所述中间级匹配电路对应的所述去耦电路包括第一去耦电路和第二去耦电路,所述中间级匹配电路还包括第三电容;
所述第一去耦电路与对应的第三传输线形成的第二供电通路,用于为所述第一晶体管的漏极提供供电电压;
所述第二去耦电路与对应的第三传输线形成的第三供电通路,用于为与所述第一晶体管相邻的下一个第一晶体管的栅极提供供电电压;
所述第三电容,用于作为所述中间级匹配电路的组成部分,并将所述第二供电通路的直流电与所述第三供电通路的直流电进行隔离。
9.一种接收机,其特征在于,包括如权利要求1‑8任一项所述的滤波低噪声放大器。
说明书 :
滤波低噪声放大器和接收机
技术领域
背景技术
用于将天线接收的微弱信号放大之后传输给滤波器进行滤波处理。
与滤波器级联的方式存在级间失配和整体损耗大的问题。
发明内容
线,所述传输零点的频率小于所述滤波低噪声放大器的工作频段的最小频率;
管的漏极输出的信号进行滤波处理。
管的漏极输出的信号进行滤波处理。
所述第二晶体管的漏极形成反馈回路;
电通路;
小于滤波低噪声放大器的工作频段的最小频率,输入级匹配电路与信号输入端连接,用于
实现信号输入端与放大电路之间的阻抗匹配,并向放大电路传输来自信号输入端的信号,
放大电路用于对信号进行放大处理,输出级匹配电路与放大电路和信号输出端连接,用于
实现放大电路与信号输出端之间的阻抗匹配,并利用传输零点对第二晶体管的漏极输出的
信号进行滤波处理。由于本实施例中的滤波低噪声放大器,能够利用传输零点对放大电路
包括的第二晶体管的漏极输出的信号进行滤波处理,从而实现较好的抑制低频频段的效
果,实现滤波器的功能。同时,由于滤波低噪声放大器能够实现信号输入端与放大电路之间
的阻抗匹配,并对来自信号输入端的信号进行放大处理,因此,实现了在保证较低的噪声系
数的情况下,对来自信号输入端的信号进行放大处理。因此,本实施例提供的滤波低噪声放
大器融合了传统技术中的低噪声放大器和滤波器的功能,实现将滤波器集成在低噪声放大
器中,从而无需传统技术中通过级联设计时需要在滤波器和低噪声放大器之间设置级间匹
配电路,避免级间失配的问题,并且有利于降低损耗以及电路尺寸的减小,在不影响噪声系
数和增益性能的前提下,节约了电路面积,降低了接收机电路复杂度。
附图说明
具体实施方式
用于限定本申请。
路100、放大电路200和输出级匹配电路300,输出级匹配电路300包括用于形成传输零点的
第一传输线,传输零点的频率小于滤波低噪声放大器的工作频段的最小频率;
出的信号进行滤波处理。
信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同,或传输线的特性阻抗与所接负
载阻抗的大小相等且相位相同,分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态,简
称为阻抗匹配。
λ。可以从预设的工作频段的频率区间范围内指定一个频率,在电磁波的波速和指定的频率
已知的情况下,根据电磁波的波速c、波长λ、频率f之间的关系式c=λ×f,可以计算波长λ,从
而可以得到传输零点的频率等于1/4的波长λ。
率小于滤波低噪声放大器的工作频段的最小频率,输入级匹配电路与信号输入端连接,用
于实现信号输入端与放大电路之间的阻抗匹配,并向放大电路传输来自信号输入端的信
号,放大电路,用于对信号进行放大处理,输出级匹配电路与放大电路和信号输出端连接,
用于实现放大电路与信号输出端之间的阻抗匹配,并利用传输零点对放大电路包括的第二
晶体管的漏极输出的信号进行滤波处理。由于本实施例中的滤波低噪声放大器,能够利用
传输零点对第二晶体管的漏极输出的信号进行滤波处理,从而实现较好的抑制低频频段的
效果,实现滤波器的功能。同时,由于滤波低噪声放大器能够实现信号输入端与放大电路之
间的阻抗匹配,并对来自信号输入端的信号进行放大处理,因此,实现了在保证较低的噪声
系数的情况下,对来自信号输入端的信号进行放大处理。因此,本实施例提供的滤波低噪声
放大器融合了传统技术中的低噪声放大器和滤波器的功能,实现将滤波器集成在低噪声放
大器中,从而无需传统技术中通过级联设计时需要在滤波器和低噪声放大器之间设置级间
匹配电路,有利于降低噪声系数以及减小电路尺寸,在不影响噪声系数和增益性能的前提
下,节约了电路面积,降低了接收机电路复杂度。
成波导(SIW)等工艺单独设计滤波器,以降低滤波器的损耗,由于毫米波滤波器与低噪声放
大器的工艺不同,又会面临毫米波滤波器与低噪声放大器难以集成的问题。因此,在毫米波
频段实现低噪声放大器与滤波器的功能融合是一个有效解决低噪声放大器与滤波器级联
时,整体损耗大和不同工艺难集成等问题的有效方案,本实施例正是基于上述分析,将低噪
声放大器和滤波器的功能融合在一起,从而解决在毫米波频段低噪声放大器和滤波器两种
电路功能难以在实现较高性能情况下融合到一起的问题。
实际应用中,级间匹配电路无法达到低噪声放大器和滤波器之间的理想匹配,影响接收机
的性能。同时,由于低噪声放大器的性能直接影响接收机接收的信号质量和灵敏度,滤波器
的插入损耗影响接收机的性能,目前,提高接收机的性能研究上,主要是集中在单一器件的
性能提升研究上,例如研究低噪声放大器或滤波器,通过提高低噪声放大器的性能或降低
滤波器的插入损耗来提高接收机的性能。
应和低噪声放大器的性能,集成度高,无需在滤波器和低噪声放大器之间设置级间匹配电
路,有利于降低整体噪声系数或提高增益以及减小电路尺寸。
311和传输线312。需要说明的是,阶跃阻抗型的传输线指传输线310、传输线311、传输线312
的电长度不同,可以通过设计传输线310、传输线311、传输线312的宽度不同实现电长度不
同,例如传输线312的宽度大于传输线311的宽度,传输线311的宽度大于传输线310的宽度,
从而可以进一步降低电路结构占用的版图面积。
声放大器融合滤波响应,相比于传统的低噪声放大器与滤波器级联的结构,在不影响噪声
系数和增益性能的前提下,节约了电路面积,降低了接收机电路复杂度。
噪声系数以及增益,提高了接收机的性能。并且,通过采用阶跃阻抗型的传输线能够在保持
所需工作频带外传输零点位置的同时对工作频带内的匹配性能进行更好地调控。
103;
号进行滤波处理。
频带,低频频段指滤波低噪声放大器的毫米波工作频段之外的频段,且频率小于最小的工
作频率的频段,上述的工作频段指毫米波工作频段。
的中间级匹配电路2001,第2个第一放大电路包括第一晶体管102和第一晶体管102对应的
中间级匹配电路2002。
体管的栅极之间的阻抗匹配,其中,前一个第一晶体管指前一个第一放大电路的第一晶体
管,例如为第一晶体管101;后一个第一晶体管指后一个第一放大电路的第一晶体管,例如
为第一晶体管102。也即中间级匹配电路2001用于实现第一晶体管101的漏极与第一晶体管
102的栅极之间的阻抗匹配。
匹配。例如,如图2所示,中间级匹配电路2002用于实现第一晶体管102的漏极与第二晶体管
103的栅极之间的阻抗匹配。
线307以及第二晶体管103的漏极形成反馈回路;
的支路。图2中示出的去耦电路为包括两个并联的支路的电路。
电路1001,去耦电路1001与第三传输线301连接。
输线。如图2所示,中间级匹配电路2001包括去耦电路20011以及包括去耦电路20012,其中,
去耦电路20011与第三传输线303连接,去耦电路20012与第三传输线304连接。
路20022,其中,去耦电路20021与第三传输线305连接,去耦电路20022与第三传输线306连
接。
成第一供电通路;
202;
通路为第一晶体管102的栅极提供供电电压。
同时也作为偏置线为第一晶体管101的栅极提供第一栅极偏压G1。其中,第三传输线301为
第一晶体管101提供工作电压的同时还参与输入匹配,无需在第四传输线和第一晶体管之
间设置大电阻或大电感,简化了输入匹配电路的设计,并且第三传输线同时并联两个电容
进行所有频段的去耦,从而保证工作稳定性和性能实现。
303参与输入级与中间级的级间匹配的同时也作为偏置线为第一晶体管101的漏极提供第
一漏极偏压D1,第三传输线304参与输入级与中间级的级间匹配的同时也作为偏置线为第
一晶体管102的栅极提供第二栅极偏压G2。中间级匹配电路2002从输入的方向向输出的方
向看依次由第三传输线305、第三电容203和第三传输线306构成,第三传输线305参与中间
级与输出级的级间匹配的同时也作为偏置线为第一晶体管102的漏极提供第二漏极偏压
D2,第三传输线306参与中间级与输出级的级间匹配的同时也作为偏置线为第二晶体管103
的栅极提供第三栅极偏压G3;
输线309、第四电容205、传输线310、传输线311、传输线312、第五电容206和第六传输线313
构成。第三传输线309参与输出匹配的同时也作为偏置线为第二晶体管103的漏极提供第三
漏极偏压D3;
相连,构成一段阶跃阻抗型的传输线;
耦电路外加电压为晶体管提供工作电压;
传输线,弯折后的各传输线连接在滤波低噪声放大器中,从而可以进一步降低滤波低噪声
放大器的电路面积。
晶体管对应的栅极偏压电路和漏极偏压电路。
管;传输线在不同工艺中根据匹配和偏置的需求在不同的金属层上实现。
验结果图,从图4可以看出仿真的滤波低噪声放大器的最大增益为21.2dB,增益波动3dB内
的工作频段为23.7GHz到39.2GHz,也即图4中位于21.2dB的左侧的增益为18.2dB对应的频
率值为23.7GHz,位于21.2dB的右侧的增益为18.2dB对应的频率值为39.2GHz。低频段(0‑
22GHz)的抑制大于22dBc,通带内的回波损耗大于10dB。如图3所示,在工作频段内,最低噪
声系数大概为0.52dB。
波低噪声放大器实际达到的噪声系数非常接近理想噪声系数。
(S(2,2))表示从信号输出端2输入信号后,从信号输出端2输出的信号的增益,该增益的绝
对值越大,表示阻抗匹配的越好。带有圆形的曲线dB (S(1,2))表示从信号输出端2输入信
号后,从信号输入端1输出的信号的增益,该增益越小,表示阻抗匹配的越好。带有正方形的
曲线dB (S(2,1))表示从信号输入端1输入信号后,从信号输出端2输出的信号的增益,该增
益越大,表示阻抗匹配的越好。从图4可以看出,dB (S(2,1))对应的曲线的最大增益可以达
到大概21.2dB。
图4中示出的实验结果图,能够实现(23.7GHz,39.2GHz)的宽带的通带。采用阶跃阻抗型的
传输线时相对于采用均匀阻抗的传输线,能够在这个带宽内实现较好的阻抗匹配效果,可
使用的带宽更大。
输出级匹配电路在参与匹配的同时,能够在低频段引入一个传输零点,实现对低频段的抑
制作用,从而实现滤波器的功能,进而实现的滤波低噪声放大器具有噪声系数低、芯片面积
小、增益高、选择性和回波好的优良滤波性能。
盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。
因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。