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专利号: 2022111498373
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种负反馈超宽带低噪声放大器电路的设计方法,其特征在于,至少包括以下步骤:步骤1:设计了基于切比雪夫带通滤波匹配网络的负反馈超宽带低噪声放大器电路结构,其中,至少包括输入匹配网络、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一负反馈网络、第二负反馈网络、第三负反馈网络以及输出匹配网络,其中,输入匹配网络和输出匹配网络均采用切比雪夫带通滤波网络结构;

步骤2:设计了漏极并联负反馈电路和源极串联电感负反馈电路,其中,漏极并联负反馈电路的等效电路依次包括反馈电阻 ,栅源极间电容 ,跨导 ,栅极电流 ,漏极电流 ,栅源之间的电压 ,漏源之间的电压 ;

等效电路的导纳矩阵为:

对应的S参数为:

其中 为特征阻抗, 为并联反馈电阻;

当匹配时, ,输入输出回波损耗VSWR=1,此时从式中可以得出;

从而,

通过对电阻的优化调谐达到控制增益平坦度的目的;

晶体管源极串联电感负反馈电路结构的等效电路依次包括栅极电阻 ,栅源极间电容及其压降 ,极间跨导 ,源极串联电感 ,栅源之间的电压 ,栅极电流 ,漏源之间的电流 ;

其中,对晶体管源极串联电感负反馈等效电路中的参数之间的关系进行计算分析:;

用 替换 ,便得到输入阻抗的频率响应为:;

阻抗的实部和虚部分开

晶体管自身的输入阻抗为

当在源极串联一个理想的电感时,输入阻抗增加了 ;使得 更加靠近最优反射系数,匹配的性能大大提高,因此在源极串联一个理想电感;

使用一段微带线代替电感,实现驻波比、噪声系数、以及放大器增益之间的折中优化;

步骤3:设计了切比雪夫带通滤波拓扑结构进行低噪声放大器的宽带匹配,其中,输入匹配网络和输出匹配网络对应分别对应其左半部分的LC部分和右半部分的LC部分对于低频敏感,输入匹配网络和输出匹配网络对应分别对应其右半部分的LC部分和左半部分的LC部分对于高频敏感;通过选取合适的参数使得阻抗轨迹在史密斯圆图中心压缩打结,实现低噪声放大器的宽带匹配。

2.根据权利要求1所述的负反馈超宽带低噪声放大器电路的设计方法,其特征在于,步骤3进一步包括以下步骤:由传输线理论,当负载端向源端连接传输线时,负载端的反射系数将以该传输线的特性阻抗为圆心,顺时针旋转2倍该传输线电长度的角度,使  曲线的中心频率  点沿虚线圆顺时针旋转移动到史密斯圆图纯电阻轴上;

在使 曲线中 处保持不变的情况下,利用切比雪夫滤波网络中的并联谐振回路,谐振频率取为  ,采用微带短截线代替集总参数元件;并联谐振回路的总导纳为:;

其中, 是相位常数,是传输线几何长度;为保持 的位置不变,并联分支微带短截线的电长度设置为45°;由于实际电路中并联微带线的长度确定,并联的微带线电长度在高频段时将大45°, 曲线沿等导纳圆顺时针移动;同理,并联微带线的电长度在低频段时将小于45°, 曲线沿等导纳圆逆时针移动,使低频段处和高频段处 曲线向内翻折打结;

在 ADS 原理图仿真中对特性阻抗、电长度等参数进行优化,将   曲线匹配到规定的等输入驻波比圆内,实现切比雪夫带通滤波网络对超宽带低噪声放大器的宽带匹配。

3.如权利要求1设计的负反馈超宽带低噪声放大器电路,其特征在于,至少包括输入匹配网络、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一负反馈网络、第二负反馈网络、第三负反馈网络以及输出匹配网络,其中,所述输入匹配网络用于将50欧姆阻抗匹配到晶体管的最小噪声阻抗点,使功率放大器获得最小的噪声同时完成低噪声放大器的宽带匹配;其输入端连接信号源,输出端依次连接第一放大器、第二放大器、第三放大器;每级放大器分别连接第一负反馈网络、第二负反馈网络、第三负反馈网络;

所述第一放大器采用最优噪声匹配,与输入匹配网络结合实现射频宽带匹配的同时实现低噪声放大;

所述第二放大器和第三放大器均采用最大功率匹配,用于实现高增益放大的功能;

所述输出匹配网络的输入端与第三放大器的输出端相连接,用于将50欧姆阻抗匹配到晶体管的最高增益阻抗点,使功率放大器获得最佳增益同时完成低噪声放大器的宽带匹配。

4.根据权利要求3所述的负反馈超宽带低噪声放大器电路,其特征在于,所述的输入匹配网络和输出匹配网络均采用切比雪夫带通滤波网络结构。

5.根据权利要求3或4所述的负反馈超宽带低噪声放大器电路,其特征在于,第一负反馈网络、第二负反馈网络、第三负反馈网络均采用漏极并联负反馈电路结构和源极串联电感负反馈电路结构。

6.根据权利要求5所述的负反馈超宽带低噪声放大器电路,其特征在于,第一放大器、第二放大器和第三放大器均采用HEMT器件。

7.根据权利要求5所述的负反馈超宽带低噪声放大器电路,其特征在于,漏极并联负反馈电路结构的等效电路依次包括反馈电阻 ,栅源极间电容 ,跨导 ,栅极电流 ,漏极电流 ,栅源之间的电压 ,漏源之间的电压 ;

其中,等效电路的导纳矩阵为:

对应的S参数为:

其中 为特征阻抗, 为并联反馈电阻;

当匹配时, ,输入输出回波损耗VSWR=1,从式中得出:;

从而,

通过对电阻的优化调谐达到控制增益平坦度的目的。

8.根据权利要求5所述的负反馈超宽带低噪声放大器电路,其特征在于,源极串联电感负反馈电路结构的等效电路依次包括栅极电阻 ,栅源极间电容 及其压降 ,极间跨导 ,源极串联电感 ,栅源之间的电压 ,栅极电流 ,漏源之间的电流 ;

其中:

用 替换 ,便得到输入阻抗的频率响应为:;

阻抗的实部和虚部分开:

晶体管自身的输入阻抗为:

使用一段微带线代替电感作为反馈有利于同时实现噪声匹配和功率匹配。