低溫低噪聲放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫低噪聲放大器，包括依次串聯的輸入匹配電路，偏置電路和輸出匹配電路；輸入匹配電路和輸出匹配電路分別用于保證HEMT管不產生額外的回波損耗及噪聲，偏置電路用于保證HEMT管處于合適的偏置工作區(qū)間并且保證放大器功耗限定在一個足夠低的范圍。本低溫低噪聲放大器能夠在在低溫環(huán)境下穩(wěn)定工作且其參數屬性與室溫下基本相同；過高的功耗會帶來額外的散熱，將會破壞低溫環(huán)境，而本本低溫低噪聲放大器的功耗能夠維持在在一個足夠低的范圍，以保證其在低溫環(huán)境下的安全性，本本低溫低噪聲放大器的元件尺寸能夠實現足夠小，以適應各種制冷設備的空間要求，保證應用范圍。
【專利說明】低溫低噪聲放大器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于極低溫條件下的低噪聲放大器，尤其涉及一種低溫低噪聲 放大器。

【背景技術】
[0002] 低噪聲放大器是現代射頻和微波系統中非常重要的組成部分，廣泛應用于通信， 雷達，各種高精度測量以及各學科科研實驗設備當中。低噪聲放大器是射頻接收機前段的 重要部分。其主要作用是放大接收到的微弱信號并已足夠高的增益克服后續(xù)各級的噪聲。 它的增益將抑制后級電路的噪聲，對整個系統的噪聲其決定性的作用。而隨著射頻技術的 不斷發(fā)展，對低噪聲放大器的要求也不斷增多。不僅對帶寬，增益及增益平坦度等參數有更 多的要求，同時對于低噪聲放大器所能適應的工作環(huán)境同樣有一定的要求。例如對于量子 點的射頻反射測量（RF-QPC)等實驗中要求系統電路在極低溫的環(huán)境下工作，這就要求在 接受電路的前段使用具有極低溫環(huán)境工作能力的低溫低噪聲放大器來放大信號并抑制后 級噪聲。一般的低噪聲放大器由于元件及電路設計不適用于低溫環(huán)境，以及功耗過大等原 因，不能用于低溫環(huán)境的電路當中。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種能夠適用于低溫環(huán)境下的 低溫低噪聲放大器。
[0004] 為實現上述技術目的，本發(fā)明采取的技術方案為：一種低溫低噪聲放大器，其特 征在于：包括用于使放大器輸入端不產生額外的回波損耗及噪聲的輸入匹配電路、用于使 HEMT管處于合適的偏置工作區(qū)間并且使放大器功耗限定在一個足夠低的范圍內的偏置電 路以及用于使放大器輸出端不產生額外的回波損耗及噪聲的輸出匹配電路；所述輸入匹配 電路，偏置電路和輸出匹配電路依次串聯。
[0005] 作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述輸入匹配電路包括信號輸入源、第一電 感L1、第二電感L2、第三電感L3、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4 ;所 述信號輸入源、第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3和第四電容C4依次串聯；第二電容 C2 -端接地，另一端連接在第一電感L1和第二電感L2之間；第三電容C3 -端接地，另一 端連接在第二電感L2和第三電感L3之間； 作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述偏執(zhí)電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第 三電阻R3、第四電阻R4、負偏壓電壓源、正偏壓電壓源、第四電感Ls、第五電感Ld、第五電容 Cs和HEMT管；所述負偏壓電壓源、第三電阻R3和第二電阻R2依次串聯，第二電阻R2的另 一端與HEMT管的引腳G連接；HEMT管的第一引腳G同時還與第四電容C4連接；第四電阻 R4 -端接地，另一端連接在第三電阻R3和第二電阻R2之間；第五電容Cs并聯在HEMT管 的引腳G和引腳S1之間；HEMT管的引腳Si和引腳S2相連接；第四電感Ls -端接地，另一 端與HEMT管的引腳S1連接；正偏置電壓源、第一電阻R1、第五電感Ld以及HEMT管的引腳 D依次電聯接； 作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述輸出匹配電路包括第六電容Cd和信號輸出 源；HEMT管的引腳D、第六電容Cd和信號輸出源依次串聯。
[0006] 作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四 電感Ls和第五電感Ld為電感元件；所述第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容 C4、第五電容Cs和第六電容Cd為電容元件；第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四 電阻R4為電阻元件；所述HEMT管選用ATF-33143,電容元件和電感元件選用murata公司 0402標準封裝對應參數的元件，電阻元件選用0603標準封裝金屬膜電阻；電感元件、電容 元件、電阻元件和HEMT管均焊接固定于介質板上，介質板板材選用RT6010,介質板尺寸為 26. 8*23. 5mm。
[0007] 作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，輸入端、輸出端、正偏壓端及負偏壓端均采用 SMA接頭。
[0008] 本低溫低噪聲放大器包括輸入匹配電路、偏置電路和輸出匹配電路三個部分。輸 入匹配電路和輸出匹配電路分別用于保證HEMT管不產生額外的回波損耗及噪聲，偏置電 路用于保證HEMT管處于合適的偏置工作區(qū)間并且保證放大器功耗限定在一個足夠低的范 圍。本低溫低噪聲放大器能夠在在低溫環(huán)境下穩(wěn)定工作且其參數屬性與室溫下基本相同； 過高的功耗會帶來額外的散熱，將會破壞低溫環(huán)境，而本本低溫低噪聲放大器的功耗能夠 維持在在一個足夠低的范圍，以保證其在低溫環(huán)境下的安全性，本本低溫低噪聲放大器的 元件尺寸能夠實現足夠小，以適應各種制冷設備的空間要求，保證應用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的電路原理示意圖。
[0010] 圖2是S參數測量值S11的實驗測量圖。
[0011] 圖3是S參數測量值S21的實驗測量圖。
[0012] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明。

【具體實施方式】
[0013] 實施例1 參見圖1，本低溫低噪聲放大器，包括用于使放大器輸入端不產生額外的回波損耗及噪 聲的輸入匹配電路、用于使HEMT管處于合適的偏置工作區(qū)間并且使放大器功耗限定在一 個足夠低的范圍內的偏置電路以及用于使放大器輸出端不產生額外的回波損耗及噪聲的 輸出匹配電路；所述輸入匹配電路，偏置電路和輸出匹配電路依次串聯。
[0014] 作為優(yōu)選方案，所述輸入匹配電路包括信號輸入源、第一電感L1、第二電感L2、第 三電感L3、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4 ;所述信號輸入源、第一電 感L1、第二電感L2、第三電感L3和第四電容C4依次串聯；第二電容C2-端接地，另一端連 接在第一電感L1和第二電感L2之間；第三電容C3 -端接地，另一端連接在第二電感L2和 第三電感L3之間；所述偏執(zhí)電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、 負偏壓電壓源、正偏壓電壓源、第四電感Ls、第五電感Ld、第五電容Cs和HEMT管；所述負偏 壓電壓源、第三電阻R3和第二電阻R2依次串聯，第二電阻R2的另一端與HEMT管的引腳G 連接；HEMT管的第一引腳G同時還與第四電容C4連接；第四電阻R4 -端接地，另一端連接 在第三電阻R3和第二電阻R2之間；第五電容Cs并聯在HEMT管的引腳G和引腳S1之間； HEMT管的引腳Si和引腳S2相連接；第四電感Ls -端接地，另一端與HEMT管的引腳S1連 接；正偏置電壓源、第一電阻R1、第五電感Ld以及HEMT管的引腳D依次電聯接；所述輸出 匹配電路包括第六電容Cd和信號輸出源；HEMT管的引腳D、第六電容Cd和信號輸出源依次 串聯。
[0015] 本實施例中，第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感Ls和第五電感Ld 為電感元件；所述第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容Cs和第六 電容Cd為電容元件；第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4為電阻元件；所 述HEMT管選用ATF-33143,電容元件和電感元件選用murata公司0402標準封裝對應參數 的元件，電阻元件選用0603標準封裝金屬膜電阻；電感元件、電容元件、電阻元件和HEMT管 均焊接固定于介質板上，介質板板材選用RT6010,介質板尺寸為26. 8*23. 5mm，輸入端、輸 出端、正偏壓端及負偏壓端均采用SMA接頭。本實施例的設計工作區(qū)間為150-300MHZ低頻 段，元件S參數測量值S11件圖2,元件S參數測量值S21見圖3。在工作區(qū)間內，S11基本 穩(wěn)定在-10dB以下，S21穩(wěn)定在13dB以上，符合設計要求。
【權利要求】
1. 一種低溫低噪聲放大器，其特征在于：包括用于使放大器輸入端不產生額外的回波 損耗及噪聲的輸入匹配電路、用于使HEMT管處于合適的偏置工作區(qū)間并且使放大器功耗 限定在一個足夠低的范圍內的偏置電路以及用于使放大器輸出端不產生額外的回波損耗 及噪聲的輸出匹配電路；所述輸入匹配電路，偏置電路和輸出匹配電路依次串聯。
2. 根據權利要求1所述的低溫低噪聲放大器，其特征在于：所述輸入匹配電路包括信 號輸入源、第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3 和第四電容C4 ;所述信號輸入源、第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3和第四電容C4依 次串聯；第二電容C2 -端接地，另一端連接在第一電感L1和第二電感L2之間；第三電容 C3 -端接地，另一端連接在第二電感L2和第三電感L3之間。
3. 根據權利要求1或2所述的低溫低噪聲放大器，其特征在于：所述偏執(zhí)電路包括第 一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、負偏壓電壓源、正偏壓電壓源、第四電感 Ls、第五電感Ld、第五電容Cs和HEMT管；所述負偏壓電壓源、第三電阻R3和第二電阻R2依 次串聯，第二電阻R2的另一端與HEMT管的引腳G連接；HEMT管的第一引腳G同時還與第 四電容C4連接；第四電阻R4 -端接地，另一端連接在第三電阻R3和第二電阻R2之間；第 五電容Cs并聯在HEMT管的引腳G和引腳S1之間；HEMT管的引腳Si和引腳S2相連接；第 四電感Ls -端接地，另一端與HEMT管的引腳S1連接；正偏置電壓源、第一電阻R1、第五電 感Ld以及HEMT管的引腳D依次電聯接。
4. 根據權利要求3所述的低溫低噪聲放大器，其特征在于：所述輸出匹配電路包括第 六電容Cd和信號輸出源；HEMT管的引腳D、第六電容Cd和信號輸出源依次串聯。
5. 根據權利要求4所述的低溫低噪聲放大器，其特征在于：第一電感L1、第二電感L2、 第三電感L3、第四電感Ls和第五電感Ld為電感元件；所述第一電容C1、第二電容C2、第三 電容C3、第四電容C4、第五電容Cs和第六電容Cd為電容兀件；第一電阻R1、第二電阻R2、第 三電阻R3和第四電阻R4為電阻元件；所述HEMT管選用ATF-33143,電容元件和電感元件選 用murata公司0402標準封裝對應參數的元件，電阻元件選用0603標準封裝金屬膜電阻； 電感元件、電容元件、電阻元件和HEMT管均焊接固定于介質板上，介質板板材選用RT6010， 介質板尺寸為26. 8*23. 5mm。
6. 根據權利要求5所述的低溫低噪聲放大器，其特征在于：輸入端、輸出端、正偏壓端 及負偏壓端均采用SMA接頭。
【文檔編號】H03F1/26GK104113288SQ201310139210
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月22日 優(yōu)先權日:2013年4月22日
【發(fā)明者】郭國平, 劉哲雨, 肖明, 郭光燦 申請人:中國科學技術大學