專利名稱：一種毫米波單片集成低噪聲放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種毫米波單片集成低噪聲放大器器 (LAN)，可應(yīng)用于雷達、通信等系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在毫米波雷達、通信等系統(tǒng)領(lǐng)域，毫米波接收機為了檢測小信號，一般都是在前級 用低噪聲放大器接收信號來克服后級的噪聲問題。低噪聲放大器位于接收機的第一級，是 直接與天線信號相連接的，因此它的噪聲特性將大大影響整個系統(tǒng)的噪聲特性。同時，天線 接收下來的信號強度一般都較弱，低噪聲放大器在滿足噪聲系數(shù)要求的同時也要求一定功 率的輸出要求。目前普遍應(yīng)用的低噪聲放大器多為混合電路和模塊電路，主要實現(xiàn)方式是通過單 個晶體管和外圍匹配電路組成，這類低噪聲放大器主要缺點有體積大、輸出功率小、增益 小、一致性不好等。如圖2所示，是一種改進的低噪聲功率放大器，其將兩路由單個晶體管和外圍電 路組成的的電路通過兩個朗格耦合器進行耦合，這種放大器在輸出功率、增益、一致性方面 得到了改進，但是還是存在體積大、輸出功率和增益達不到現(xiàn)代雷達和通信系統(tǒng)要求的缺
點ο隨著微波毫米波通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對通信設(shè)備的要求也越來越高。微波 單片集成電路(MMIC)是用半導(dǎo)體工藝把有源器件、無源器件和微波傳輸線、互聯(lián)線等全部 制作在一片半導(dǎo)體基片上而構(gòu)成的集成電路。由于微波單片集成電路(MMIC)的體積小、重 量輕、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，使得其在微波通信領(lǐng)域逐漸取代了波導(dǎo)系統(tǒng)和混合集成 電路。授權(quán)公告號為CN 201403076的實用新型專利，公開了一種采用微波單片集成電 路(MMIC)技術(shù)的毫米波單片集成低噪聲放大器，其采用的技術(shù)方案是在電路結(jié)構(gòu)上，包 括兩個朗格耦合電橋和連接于兩個朗格耦合電橋之間的兩路(平衡式)五級放大電路結(jié)構(gòu)； 每一級放大單元是相同的結(jié)構(gòu)，放大器件為PHEMT場效應(yīng)管，各級放大單元之間通過耦合 電容連接。由于放大電路無論其采用幾級電路結(jié)構(gòu)，最終輸出功率都取決于最后一級放大 電路的輸出功率，因此，采用本實用新型公開的技術(shù)方案，雖然解決了一致性差、體積大等 問題，但是其輸出功率還是受到器件工藝的影響，不能輸出大功率的信號。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種基于pHEMT場效應(yīng) 管工藝技術(shù)的，集合功分技術(shù)，采用兩個朗格耦合器構(gòu)成的平衡結(jié)構(gòu)，在保證了一致性好和 體積小的同時，大大提高低噪聲放大器輸出功率和帶寬的目的。本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種毫米波單片集成低噪聲放大器，包括輸入朗格耦合器、輸出朗格耦合器、連接于輸入朗格耦合器的直通輸出端和輸出朗格耦合器的直通輸入端的第一放大支路、連接于 輸入朗格耦合器的耦合輸出端和輸出朗格耦合器的耦合輸入端的第二放大支路。整個放大 器電路集成于單片半導(dǎo)體基片上。所述第一放大支路和第二放大支路均為相同的兩級放大電路結(jié)構(gòu)。所述第一級放 大支路對輸入朗格耦合器輸入的射頻信號進行第一級放大處理；輸入的射頻信號通過第一 級耦合電容和τ型微帶功分電路后分為兩路信號一路經(jīng)PHEMT場效應(yīng)管FETll的柵極匹 配及偏置電路輸入到PHEMT場效應(yīng)管FETll的柵極，另一路經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管 Τ12的柵 極匹配及偏置電路輸入到PHEMT場效應(yīng)管FET12的柵極；pHEMT場效應(yīng)管FETl 1和FET12的 源極接地；PHEMT場效應(yīng)管FETll和FET12的漏極分別通過各自的漏極匹配及偏置電路輸 出第一級放大信號。第一級放大電路中所述pHEMT場效應(yīng)管FETll和FET12的柵極匹配及偏置電路 均為一個T型微帶傳輸線，T型微帶傳輸線的垂直端接地，T型微帶傳輸線的水平右端接 PHEMT場效應(yīng)管的柵極，T型微帶傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述 PHEMT場效應(yīng)管FETll和FET12的漏極為T型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過其旁路電容接 地的同時接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場效應(yīng)管的漏 極，T型微帶傳輸線的水平右端輸出第一級放大信號。所述第二級放大電路對第一級放大信號進行第二級放大處理及功率合成輸出；兩 路第一級放大信號分別通過兩個第二級耦合電容和T型微帶功分電路后分成四路信號；第 一路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET21的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管FET21的 柵極，第二路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET22的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管 FET22的柵極，第三路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET23的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場 效應(yīng)管FET23的柵極，第四路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET24的柵極匹配及偏置電路輸入到 pHEMT場效應(yīng)管FET24的柵極；pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和 Τ24的源極接地； pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的漏極輸出四路第二級放大信號。pHEMT場 效應(yīng)管FET21和FET22的漏極輸出的兩路第二級放大信號經(jīng)一個一級功率合成電路合二為 一，pHEMT場效應(yīng)管FET23和FET24的漏極輸出的兩路第二級放大信號經(jīng)另一個一級功率 合成電路合二為一；兩個一級功率合成電路的輸出電路輸出的兩路信號經(jīng)一個二級功率合 成電路合二為一后經(jīng)輸出朗格耦合器輸出。第二級放大電路所述pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的柵極匹配 及偏置電路均為一個T型微帶傳輸線，T型微帶傳輸線的垂直端接地，T型微帶傳輸線的水 平右端接PHEMT場效應(yīng)管的柵極，T型微帶傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出 端；所述PHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的漏極為T型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置 電壓通過其旁路電容接地的同時接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端 接pHEMT場效應(yīng)管的漏極，T型微帶傳輸線的水平右端輸出第二級放大信號至一級功率合 成電路。在本實用新型中，在pHEMT場效應(yīng)管的器件選擇或工藝設(shè)計上，選用柵長更短、載 流子遷移率高的器件，并合理選擇器件的柵寬和叉指數(shù)、直流偏置點。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是1、采用兩級放大電路，采用功分合成技術(shù)使得第二級電路共包括8個功率放大單元，最后將8個功率放大單元的功率信號耦合輸出，大大增加了低噪聲放大器的輸出功率。2、采用兩個朗格耦合器構(gòu)成的平衡結(jié)構(gòu)，提高了低噪聲放大器的穩(wěn)定性、改善駐 波比性能和提高了輸出功率。3、合理選擇半導(dǎo)體工藝及管芯工作點，在實現(xiàn)高輸出功率的同時兼顧了高效率。
圖1是本實用新型毫米波單片集成低噪聲功率放大器的原理圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器的原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1所示，是本實用新型毫米波單片集成低噪聲放大器的原理圖。一種毫米波 單片集成低噪聲放大器，包括輸入朗格耦合器、輸出朗格耦合器、連接于輸入朗格耦合器的 直通輸出端和輸出朗格耦合器的直通輸入端的第一放大支路、連接于輸入朗格耦合器的耦 合輸出端和輸出朗格耦合器的耦合輸入端的第二放大支路。整個放大器電路集成于單片半 導(dǎo)體基片上。所述第一放大支路和第二放大支路均為相同的兩級放大電路結(jié)構(gòu)。所述第一級放 大支路對輸入朗格耦合器輸入的射頻信號進行第一級放大處理；輸入的射頻信號通過第一 級耦合電容和T型微帶功分電路后分為兩路信號一路經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FETll的柵極匹 配及偏置電路輸入到PHEMT場效應(yīng)管FETll的柵極，另一路經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管 Τ12的柵 極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管FET12的柵極；pHEMT場效應(yīng)管FETl 1和FET12的 源極接地；PHEMT場效應(yīng)管FETll和FET12的漏極分別通過各自的漏極匹配及偏置電路輸 出第一級放大信號。第一級放大電路中所述pHEMT場效應(yīng)管FETll和FET12的柵極匹配及偏置電路均為一個T型微帶傳 輸線，T型微帶傳輸線的垂直端接地，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場效應(yīng)管的柵極， T型微帶傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場效應(yīng)管FETll和 FET12的漏極為T型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過其旁路電容接地的同時接T型微帶傳輸 線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場效應(yīng)管的漏極，T型微帶傳輸線的水平 右端輸出第一級放大信號。所述第二級放大電路對第一級放大信號進行第二級放大處理及功率合成輸出；兩 路第一級放大信號分別通過兩個第二級耦合電容和T型微帶功分電路后分成四路信號；第 一路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET21的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管FET21的 柵極，第二路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET22的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管 FET22的柵極，第三路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET23的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場 效應(yīng)管FET23的柵極，第四路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET24的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管FET24的柵極；pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的源極接地； pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的漏極輸出四路第二級放大信號。pHEMT場 效應(yīng)管FET21和FET22的漏極輸出的兩路第二級放大信號經(jīng)一個一級功率合成電路合二為 一，pHEMT場效應(yīng)管FET23和FET24的漏極輸出的兩路第二級放大信號經(jīng)另一個一級功率 合成電路合二為一。兩個一級功率合成電路的輸出電路輸出的兩路信號經(jīng)一個二級功率合 成電路合二為一后經(jīng)輸出朗格耦合器輸出；第二級放大電路所述pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FETM的柵極匹配及偏置電路均為一 個T型微帶傳輸線，T型微帶傳輸線的垂直端接地，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場 效應(yīng)管的柵極，T型微帶傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場效 應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的漏極為T型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過其旁路電容 接地的同時接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場效應(yīng)管的 漏極，T型微帶傳輸線的水平右端輸出第二級放大信號至一級功率合成電路。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種毫米波單片集成低噪聲放大器，包括輸入朗格耦合器、輸出朗格耦合器、連接于 輸入朗格耦合器的直通輸出端和輸出朗格耦合器的直通輸入端的第一放大支路、連接于輸 入朗格耦合器的耦合輸出端和輸出朗格耦合器的耦合輸入端的第二放大支路；整個放大器 電路集成于單片半導(dǎo)體基片上；其特征在于，所述第一放大支路和第二放大支路均為相同的兩級放大電路結(jié)構(gòu)；所述第一級放大電 路對輸入朗格耦合器輸入的射頻信號進行第一級放大處理；輸入的射頻信號通過第一級耦 合電容和T型微帶功分電路后分為兩路信號一路經(jīng)PHEMT場效應(yīng)管FETll的柵極匹配及 偏置電路輸入到PHEMT場效應(yīng)管FETll的柵極，另一路經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET12的柵極匹 配及偏置電路輸入到PHEMT場效應(yīng)管FET12的柵極；pHEMT場效應(yīng)管FETll和FET12的源 極接地；PHEMT場效應(yīng)管FETll和FET12的漏極分別通過各自的漏極匹配及偏置電路輸出 第一級放大信號；第一級放大電路中所述pHEMT場效應(yīng)管FETl 1和FET12的柵極匹配及偏置電路均為一個T型微帶傳輸線， T型微帶傳輸線的垂直端接地，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場效應(yīng)管的柵極，T型 微帶傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場效應(yīng)管FETl 1和FET12 的漏極為T型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過其旁路電容接地的同時接T型微帶傳輸線的垂 直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場效應(yīng)管的漏極，T型微帶傳輸線的水平右端輸 出第一級放大信號；所述第二級放大電路對第一級放大信號進行第二級放大處理及功率合成輸出；兩路第 一級放大信號分別通過兩個第二級耦合電容和T型微帶功分電路后分成四路信號；第一路 信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FET21的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管FET21的柵極， 第二路信號經(jīng)PHEMT場效應(yīng)管FET22的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng)管FET22 的柵極，第三路信號經(jīng)PHEMT場效應(yīng)管FET23的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場效應(yīng) 管FET23的柵極，第四路信號經(jīng)pHEMT場效應(yīng)管FETM的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT 場效應(yīng)管FET24的柵極；pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的源極接地；pHEMT 場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的漏極輸出四路第二級放大信號；pHEMT場效應(yīng) 管FET21和FET22的漏極輸出的兩路第二級放大信號經(jīng)一個一級功率合成電路合二為一， PHEMT場效應(yīng)管FET23和FET24的漏極輸出的兩路第二級放大信號經(jīng)另一個一級功率合成 電路合二為一；兩個一級功率合成電路的輸出電路輸出的兩路信號經(jīng)一個二級功率合成電 路合二為一后經(jīng)輸出朗格耦合器輸出； 第二級放大電路所述pHEMT場效應(yīng)管FET21、FET22、FET23和FET24的柵極匹配及偏置電路均為一個T 型微帶傳輸線，T型微帶傳輸線的垂直端接地，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場效應(yīng) 管的柵極，T型微帶傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場效應(yīng)管 FET21、FET22、FET23和FET24的漏極均為T型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過其旁路電容接 地的同時接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場效應(yīng)管的漏 極，T型微帶傳輸線的水平右端輸出第二級放大信號至一級功率合成電路。
專利摘要本實用新型公開了一種毫米波單片集成低噪聲放大器，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器體積大、輸出功率小、增益小、一致性不好的問題。一種毫米波單片集成低噪聲放大器，在兩個朗格耦合器之間連接有兩條完全相同的放大支路，放大支路的射頻輸入經(jīng)過兩級功分電路及兩級的pHEMT場效應(yīng)管實現(xiàn)兩級功率放大后，再通過兩級功率合成電路后輸出。本實用新型采用單片集成技術(shù)，減小了放大器的體積；兩級放大電路共包括8個功率放大單元，最后將8個功率放大單元的功率信號耦合輸出，大大增加了低噪聲放大器的輸出功率；采用兩個朗格耦合器構(gòu)成的平衡結(jié)構(gòu)，提高了低噪聲放大器的穩(wěn)定性、改善駐波比性能和提高了輸出功率。
文檔編號H03F3/60GK201846314SQ20102060843
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者管玉靜, 陳亞平 申請人:成都雷電微力科技有限公司