本实用新型涉及微波天线领域，具体涉及一种S波段有源天线。
背景技术：
未来无线通信系统对射频前端的要求越来越高，不但要体积小、重量轻，而且还要噪声低、功能强、能够长时间工作。提出有源集成天线概念以及将其应用到现代微波毫米波结构设计中，正是顺应了这样一个趋势，为现代微波毫米波结构设计提供了一种新的概念和思路。虽然对于有源集成天线的研究和应用还处于初期阶段，但这个概念很早就被提出来了。有源集成天线的发展与电子器件的发展紧密相关。
有源天线位于微波射频接收系统的前端，是射频系统的关键部件，其性能指标对系统的总体性能有着重要的作用。现有的有源天线全频带内指标差异过大。因此，发明高效率，高功率以及良好增益平坦度的S波段有源天线对于现代通信系统的应用有着十分重大的意义。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中存在的增益平坦度差的技术问题。提供一种新的S波段有源天线，该S波段有源天线具有增益平坦度高、线性度高的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种S波段有源天线，所述S波段有源天线包括滤波模块，与滤波模块连接的放大模块，与放大模块连接的天线单元；所述放大模块为S波段放大器， S波段放大器包括依次连接的输入匹配单元、第一级放大器、第一级匹配单元、第二集放大器、第二级匹配单元、第三级放大器以及输出匹配单元；所述输入匹配单元与第一级放大器共同连接一个平坦度调整电路。
本实用新型的工作原理：本实用新型为了实现具有平坦化的高增益的功率放大器，将SRC增益均衡器集成到功率放大器中，一方面是提高功率增益平坦度，一方面是可以增加集成度、减小均衡器所占面积。功率放大器的增益易出现纹波和不平坦的现象，甚至在倍频程能相差10dB以上。现有的通常采用负反馈结构改善增益平坦度，但是负反馈结构会导致功率损耗较大以及PAE 下降，不适合应用于高效率功率放大器中。而利用增益均衡电路对功率增益进行修正，不仅可以有效改善增益平坦度，而且对功率损耗和PAE影响较小。
上述方案中，为优化，进一步地，所述平坦度调整电路包括与输入匹配单元与第一级放大器共同连接的电感S3，以及并联的电阻R1和电容C3；电阻 R1与电容C3并联后一端与电感S3连接，另一端接地。
进一步地，所述输入匹配单元为S型集总参数匹配电路结构，所述S型集总参数匹配电路结构包括并联电容C1以及串联电感S1。
进一步地，所述第一级匹配单元为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C5、串联电感S5以及并联电容C6；
所述第二级匹配单元为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C9、串联电感S8、并联电容C10以及串联电感S9；
所述输出匹配单元为π型集总参数匹配电路结构，包括串联电容C13、并联电感S12、串联电容C14以及并联电感S13。
进一步地，所述放大模块还包括双电源电路，所述双电源电路分别与第一级放大器、第二级放大器及第三级放大器的栅极与漏极连接。
进一步地，所述双电源电路包括栅极电源电路与漏极电源电路；所述栅极电源电路包括栅极电压单元VG，栅极电源电压单元VG连接有栅极并联电容与栅极串联电感；所述漏极电源电路包括漏极电压单元VD，漏极电源电压单元VD连接有漏极并联电容与漏极串联电感。
进一步地，所述天线单元包括基板，基板第一表面设有天线匹配微带，与基板第一表面相对的第二表面设有金属接地面；
所述基板第一表面与第二表面之间水平重合、依次设置有第一介质层、液晶取向层、液晶腔、液晶取向层及第二介质层；
所述液晶腔用于填充液晶超材料，液晶腔外设有外置偏压单元；外置偏压单元连接有可调电源单元，可调电源单元用于提供液晶腔内上下电势差。
进一步地，所述液晶腔由两个液晶取向层与正交设置的衬垫闭合构成。
第一级放大器包括1个pHEMT晶体管芯；第二级放大器包括2个并联的 pHEMT晶体管芯；所述第三级放大器包括4个并联的pHEMT晶体管芯。
pHEMT晶体管芯均为0.25-μm砷化镓赝配高速电子迁移率晶体管。
放大模块还包括双电源电路，所述双电源电路分别与第一级放大器、第二级放大器及第三级放大器的栅极与漏极连接。
双电源电路包括栅极电源电路与漏极电源电路；所述栅极电源电路包括栅极电压单元VG，栅极电源电压单元VG连接有栅极并联电容与栅极串联电感；所述漏极电源电路包括漏极电压单元VD，漏极电源电压单元VD连接有漏极并联电容与漏极串联电感。
功率放大器的增益随着频率的升高而降低，而本实用新型的平坦度调整电路的幅频特性是单调的，在谐振频率处不衰减，对于频率越低的部分衰减越大。在S波段内，本实用新型的平坦度调整电路插入损耗为-2dB～-0.5dB，对增益衰减影响很小，从而使功率放大器具有平坦化的高增益。
为了实现高输出功率的目标，本实用新型在放大器中采用晶体管并联结构，其中在驱动级采用两个晶体管并联的结构，输出级采用四个晶体管并联的结构。三级匹配电路都是用了灵活的π型集总参数匹配电路结构，π型匹配电路具有较好的可调性。利用π型匹配电路不仅可以适用于高效率的匹配的需求，而且在一定程度上可以抑制谐波。
液晶材料在外加偏压过程中有效光学介电常数逐步变化，从而导致其介电常数的逐步变化。因此，利用液晶材料介电常数电可调的性质，可以获得折射率在一定范围内可任意取值的液晶超材料，从而可以实现高效率、宽带宽的天线。在天线应用中，涉及到阻抗匹配。由于阻抗匹配的尺寸与频率有关，一般取工作频率对应的1/4波长，波长与基板的介电常数有关，因此利用液晶材料在电压下的可调介电常数，能够满足频段更宽的阻抗匹配，完成低驻波的跳频干扰电路，进一步提高功率利用率。
本实用新型的有益效果：
第一、所述放大模块发明在GaAs衬底上，采用0.25-μm砷化镓赝配高速电子迁移率晶体管(pHEMT)，提供较小的导通电阻和非常好的可靠性。
第二、所述S波段高效MMIC功率放大器由三级放大电路级联组成，第一级为小信号放大器电路、第二级为驱动放大器电路、第三级为功率放大器电路。级间设有匹配电路，输入输出端口匹配至50Ω，具有高效率、良好增益平坦度和回波损耗低的特点，并且提高系统的集成度。
第三、所述S波段高效MMIC功率放大器针对增益平坦度进行优化，通过在输入级引入平坦度调整电路结构，利用增益均衡电路结构对放大器增益进行修正，可以有效的改善放大器的增益平坦度，另外平坦度调整电路结构可以降低谐振提高整体放大器稳定性。
第四、所述S波段高效MMIC功率放大器进行了谐波抑制电路发明，在第二级匹配单元中引入电容C和电感S组成二次谐波抑制电路用于提高电路线性度，以及在输出匹配单元中引入电容C和电感S组成高次谐波抑制电路，通过参数优化用于抑制高次谐波。
采用的液晶材料具有损耗小、调谐范围大、工作频率高，实现了跳频干扰电路的低损耗、宽频带、高频段；
本实用新型具有功率附加效率高、增益高、增益平坦度良好的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1，实施例1中S波段高效MMIC功率放大器电路原理图。
图2是一种S波段高效MMIC功率放大器的功率增益的仿真曲线图。
图3是一种S波段高效MMIC功率放大器的功率和效率的仿真曲线图。
图4是一种S波段高效MMIC功率放大器的电压驻波比(VSWR)的仿真曲线图。
图5是天线单元的结构原理框图。
图6是天线原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
本实施例提供一种S波段有源天线，如图6，所述S波段有源天线包括滤波模块，与滤波模块连接的放大模块，与放大模块连接的天线单元；所述放大模块为S波段放大器，S波段放大器包括依次连接的输入匹配单元、第一级放大器、第一级匹配单元、第二集放大器、第二级匹配单元、第三级放大器以及输出匹配单元；所述输入匹配单元与第一级放大器共同连接一个平坦度调整电路。
其中滤波模块使用S波段的滤波器。
具体地，如图5，所述天线单元包括基板，基板第一表面设有天线匹配微带，与基板第一表面相对的第二表面设有金属接地面；所述基板第一表面与第二表面之间水平重合、依次设置有第一介质层、液晶取向层、液晶腔、液晶取向层及第二介质层；所述液晶腔用于填充液晶超材料，液晶腔外设有外置偏压单元；外置偏压单元连接有可调电源单元，可调电源单元用于提供液晶腔内上下电势差。可调电源单元使用输出电压在0V-36V的连续可调数字电源。
详细地，所述液晶腔由两个液晶取向层与正交设置的衬垫闭合构成。
具体地，如图1所示，此放大器包括三级放大器、平坦度调整电路结构以及四级集总参数匹配电路；所述的三级放大器包括第一级放大器pHEMT晶体管芯，第二级放大器由两个pHEMT晶体管芯级联组成，第三级放大器由四个 pHEMT晶体管芯级联组成；所述的平坦度调整电路结构为电容C与电阻R并联网络与电感S串联组成，包括电容C3，电阻R1以及电感S1；所述四级集总参数匹配电路包括输入匹配单元集总参数结构、第一级匹配单元集总参数结构、第二级匹配单元集总参数结构、输出匹配单元集总参数结构；所述输入匹配单元集总参数结构为S型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C1以及串联电感S1；所述第一级匹配单元集总参数结构为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C5、串联电感S5以及并联电容C6；所述第二级匹配单元集总参数结构为π型集总参数匹配电路结构，包括并联电容C9、串联电感S8、并联电容C10以及串联电感S9；所述输出匹配单元集总参数结构为π型集总参数匹配电路结构，包括串联电容C13、并联电感S12、串联电容C14以及并联电感S13。
所述输入匹配单元的输入端与外部射频输入端口相连接；所述第一级放大器pHEMT晶体管芯的输入端与输入匹配电路的输出端相连接；所述第一级匹配单元的输入端与第一级放大器pHEMT晶体管芯的输出端相连接；所述第二级放大器pHEMT晶体管芯的输入端与第一级匹配单元的输出端相连接；所述第二级匹配单元输入端与第二级放大器pHEMT晶体管芯的输出端相连接；所述第三级放大器pHEMT晶体管芯的输入端与第二级匹配单元输出端相连接；所述输出匹配单元的输入端与第三级放大器pHEMT晶体管芯的输出端相连接；所述输出匹配单元的输出端与外部射频输出端口相连接。
所述的放大器工作在S波段，pHEMT晶体管芯需要提供正负两种电压偏置，本实用新型采用双电源电路结构；所述第一级放大器pHEMT晶体管芯采用线性放大器的电压偏置，使第一级放大器pHEMT晶体管芯工作在A类放大器状态，提高电路的线性度和导通角；所述第二级放大器pHEMT晶体管芯采用线性放大器的电压偏置，使第二级放大器pHEMT晶体管芯工作在AB类放大器状态，提高电路的线性度；所述第三级放大器pHEMT晶体管芯采用开关放大器的电压偏置，使第三级放大器pHEMT晶体管芯工作在E类放大器状态，提高电路的效率。
所述输入级电容C3、电阻R1并联网络与电感S3串联组成的平坦度调整电路与第一级放大器pHEMT晶体管芯栅极相连接，所述平坦度调整电路不仅可以对增益进行修正从而有效改善增益平坦度，而且可以降低谐振提高整体放大器稳定性。
所述输入匹配单元包括并联电容C1以及串联电感S1，其中电容C1和电感S1组成低通滤波器电路用于虑除带外杂散；所述第一级匹配单元并联电容 C5、串联电感S5以及并联电容C6，其中电容C5和电感S5组成低通滤波器电路用于虑除带外杂散；所述第二级匹配单元包括并联电容C9、串联电感S8、并联电容C10以及串联电感S9，其中电容C10和电感S9组成二次谐波抑制电路用于提高电路线性度；所述输出匹配单元包括串联电容C13、并联电感 S12、串联电容C14以及并联电感S13，其中电容C13和电感S12组成高次谐波抑制电路，通过参数优化用于抑制高次谐波。
本实施例的三级放大器管芯均采用0.25-μm砷化镓赝配高速电子迁移率晶体管；由三级放大电路级联组成包括晶体管M1，晶体管M2，晶体管M3，晶体管M4，晶体管M5，晶体管M6，晶体管M7。第一级为小信号放大器电路、第二级为驱动放大器、第三级为功率放大器电路。各级放大器管芯采用不同栅宽尺寸的pHEMT晶体管芯，第一级放大器pHEMT晶体管芯的栅宽尺寸为75μm，第二级放大器pHEMT晶体管芯的栅宽尺寸为100μm，第三级放大器pHEMT晶体管芯的栅宽尺寸为125μm，各级管芯尺寸安排合理，保证整体能耗和效率的最优。级间设有匹配电路，输入输出端口匹配至50Ω，具有高效率、良好增益平坦度和回波损耗低的特点，并且提高系统的集成度。
本实施例所述三级放大器管芯的偏置，通过外围供电偏置电路提供，各级放大器管芯的栅极和漏极偏置VG1，VG2，VG3和VD1，VD2,VD3均采用耦合电感和旁路电容组成去耦电路结构，可以有效地抑制低频自激现象，确保系统的稳定性。VG1处连接有电容C2与电感S2，VG2处连接有电容C7与电感 S6，VG3处连接有电容C11与电感S10；VD1处连接有电容C4与电感S4， VD2处连接有电容C5与电感S4，VD3处连接有电容C12与电感S11。
本实施例的一种S波段有源天线，在整个工作频带稳定。
图2为本实施例的功率增益的仿真曲线图，此MMIC功率放大器在工作频带内的增益平坦度为±0.288dB，具有良好的增益平坦度。
图3为本实施例的功率和效率的仿真曲线图，此MMIC功率放大器在工作频带饱和功率达到了32dBm以上，功率附加效率达到了55％以上。
图4为本实施例的电压驻波比(VSWR)的仿真曲线图，此MMIC功率放大器在工作频带内＝输入电压驻波比(VSWR1)和输出电压驻波比(VSWR2) 均小于2.5dB。
尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本实用新型，但是本实用新型不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本实用新型精神和范围内，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。