一种S波段宽带MMIC低噪声放大器的制作方法

本实用新型涉及到电子领域，特别涉及到一种用于S波段无线通信系统的S波段宽带 MMIC低噪声放大器。

背景技术：

S波段的诸多无线通信系统，如移动通信(WCDMA，TD-SCDMA，LTE)，无线局域网 (WLAN)，和卫星通信系统(GPS，BDS)等，对各自的射频前端接收模块提出了不同的需求。单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)凭借其小型紧凑化、稳定性好、抗干扰能力强和产品性能一致性好的优点成为电子通信系统应用中的理想的选择。

S波段MMIC宽带低噪声放大器应用于射频接收端，它的噪声系数和线性度直接影响并决定着接收模块灵敏度与动态范围。现有的S波段宽带MMIC低噪声放大器仍然存在噪声系数高、带内平坦度不够以及线性度差的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种S波段宽带MMIC低噪声放大器，以解决现有技术中存在的噪声系数高、带内增益平坦度不够以及线性度差的技术问题

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种S波段宽带MMIC低噪声放大器，包括两级放大器、三级匹配网络和负反馈网络；

所述两级放大器包括第一级场效应晶体管放大器1、第一级栅极偏置网络2、第一级漏极偏置网络3、与第一级场效应晶体管放大器串联的第一传输线网4、第二级场效应晶体管放大器5、第二级栅极偏置网络6和第二级漏极偏置网络7；所述第一传输线网与第一级场效应晶体管放大器1的源极连接；

所述三级匹配网络包括连接于低噪声放大器输入端与第一级场效应晶体管放大器1栅极之间的输入级匹配网络、连接于所述第一级场效应晶体管放大器1漏极与所述第二级场效应晶体管放大器5栅极之间的级间匹配网络以及与所述第二级漏极偏置网络连接的输出级匹配网络；所述输入级匹配网络还与第一级栅极偏置网络2连接；所述级间匹配网络还与第二级栅极偏置网络6和第一级漏极偏置网络3连接；所述输出级匹配网络还与第二级漏极偏置网络7 连接；所述负反馈网络连接于第二级场效应晶体管放大器5栅极与源极之间。

优选地，所述输入级匹配网络包括依次串联连接的第七微带线、第二电容、第八微带线、第九微带线、第二电感和第十微带线，所述第十微带线还与第一级场效应晶体管放大器的栅极连接。

优选地，所述第一级栅极偏置网络2包括栅极第一支路、栅极第二支路和栅极第三支路，所述栅极第一支路包括连接于第八微带线与第九微带线公共端的第六微带线，第六微带线的另一端连接第五微带线，第五微带线与第六微带线之间连接第一电感；所述栅极第二支路包括串联连接的第三微带线、第一电容和第四微带线；所述栅极第三支路包括串联连接的第一微带线和第二微带线，所述第五微带线的另一端分别与第三微带线和第二微带线连接。

优选地，所述第一传输线网4包括与第一级场效应晶体管放大器1源极连接的第十一微带线，第十一微带线的另一端连接第十二微带线。

优选地，所述级间匹配网络包括串联连接的第十三微带线、第二十一微带线、第二十二微带线、第四电容、第二十三微带线、第三十四微带线和第三十五微带线，所述第十三微带线与第一级场效应晶体管放大器1漏极连接，所述第三十五微带线与第二级场效应晶体管放大器5 栅极连接。

优选地，所述第一级漏极偏置网络3包括漏极一支路、漏极二支路和漏极三支路，所述漏极一支路包括串联连接的第二十微带线、第三电感和第十九微带线，所述漏极二支路包括串联连接的第十七微带线、第三电容和第十八微带线，所述漏极三支路包括串联连接的第十六微带线、第一电阻、第十五微带线和第十四微带线；所述第二十微带线连接连接于第十三微带线与第二十一微带线之间，第十九微带线分别连接第十七微带线和第十六微带线。

优选地，所述第二级栅极偏置网络6包括串联连接的栅极四支路、栅极五支路和栅极六支路，所述栅极四支路包括串联连接的第三十三微带线、第三十二微带线、第三十一微带线、第三十微带线、第四电感和第二十九微带线，所述栅极五支路包括串联连接的第二十四微带线、第二十五微带线、第二电阻和第二十六微带线，所述栅极六支路包括串联连接的第二十七微带线、第五电容和第二十八微带线；所述第三十三微带线连接于第二十三微带线与第二十四微带线之间；所述第二十九微带线连接于第二十六微带线与第二十七微带线之间。

优选地，所述输出级匹配网络包括串联连接的第三十六微带线、第四十三微带线、第五十一微带线、第五十二微带线、第六电容、第五十三微带线、第五十六微带线和第五十七微带线，所述第三十六微带线连接于第二级场效应晶体管放大器5的源极；所述输出级匹配网络还包括串联连接的第五十四微带线、第六电感和第五十五微带线；所述第五十五微带线连接于第五十六微带线与第五十三微带线之间。

优选地，所述负反馈网络串联连接的第三十七微带线、第三电阻、第三十八微带线、第三十九微带线、第八电容、第四十微带线、第四十一微带线、第四电阻和第四十二微带线，所述第三十七微带线连接于第三十四微带线与第三十五微带线之间，所述第四十二微带线连接于第三十六微带线和第四十三微带线之间。

优选地，所述第二级漏极偏置网络7漏极第四支路、漏极第五支路和漏极六支路，所述漏极四支路包括串联连接的第五十微带线、第四十九微带线、第五电感和第四十八微带线，所述漏极五支路包括串联连接第四十七微带线、第七电容和第四十八微带线，所述漏极六支路包括串联连接的第四十四微带线和第四十五微带线；所述第五十微带线连接于第四十三微带线与第五十一微带线之间，所述第四十七微带线连接于第四十五微带线与第四十八微带线之间。

如上所述，本实用新型的一种S波段宽带MMIC低噪声放大器，具有以下有益效果：

1、在第二级场效应晶体管源漏级并联负反馈网络，反馈网络的反馈电阻调节了放大器的增益，反馈网络的电容同时调节了信号的幅度和相位，还起到了直流隔离的作用。使得在较宽的频带内保持良好的增益平坦度，显著提高了低噪声放大器的线性度，降低了噪声系数；

2、该低噪声放大器由两级放大器级联组成，第一级场效应晶体管放大器降低噪声系数，进行最小噪声系数匹配；第二级场效应晶体管放大器提高增益，进行最大增益系数匹配，级间设计有级间匹配网络，整个电路系统的输入输出端口匹配到50Ω标准阻抗，具有噪声低、整体线性度好、带内增益平坦度好的特点。

3、第一级源极偏置网络串联的第一传输线网作为稳定性电路，提高放大器稳定性的同时，也减少了对增益的影响。

4、第一级栅极偏置网络中的第一电感参与到输入级匹配，减少了输入级无源元件的数量，起到降低噪声系数的作用。

5、第一级漏极偏置网络中的第三电感和第二级栅极偏置网络中的第四电感参与到级间匹配，减少了电路中无源元件的数量，起到降低噪声系数的作用。

6、第一级栅极偏置网络中的第一微带线、第二微带线、第五微带线、第一电感、第六微带线、第三微带线、第一电容、和第四微带线为第一级场效应晶体管放大器提供稳定的电压偏置，其中第三微带线、第一电容、和第四微带线组成旁路网络，用于确保低频稳定性。

7、第一级漏极偏置网络中的第十四微带线、第十五微带线、第一电阻、第十六微带线、第十九微带线、第三电感、第二十微带线、第十七微带线、第三电容和第十八微带线为第一级场效应晶体管放大器提供稳定的电压偏置，其中第十七微带线、第三电容、第十八微带线组成旁路网络，用于确保低频稳定性。

8、第二级栅极偏置网络中的第二十四微带线、第二十五微带线、第二电阻、第二十六微带线、第二十七微带线、第五电容、第二十八微带线、第二十九微带线、第四电感、第三十微带线、第三十一微带线、第三十二微带线和第三十三微带线为第二级场效应晶体管放大器提供稳定的电压装置，其中第二十七微带线、第五电容和第二十八微带线组成旁路网络，用于确保低频稳定性。

9、第二级漏极偏置网络中的第四十四微带线、第四十五微带线、第四十六微带线、第七电容、第四十七微带线、第四十八微带线、第五电感、第四十九微带线和第五十微带线为第二级场效应晶体管放大器提供稳定的电压装置，其中第四十七微带线、第七电容和第四十六微带线组成旁路网络，用于确保低频稳定性。

10、本实用新型的微带线除了起到版图布局优化的作用，还参与到了电路原理图设计的最终优化，降低了电路中电感、电容对工艺的依赖程度，起到了稳定电路的作用。

11、本实用新型的工作频段为2-4GHz，在整个工作频带内无条件稳定，实验显示整体噪声小于2.24dB，频带内大部分低于1.87dB；增益为31.67-32.55dB，增益平坦度小于±0.45dB，带内1dB压缩点为：14.50-17.02dBm，在带内有很高的线性度；带内输入电压驻波比小于3.02，输出驻波比小于2.05.此S波段宽带MMIC低噪声放大器传输性能良好，抗干扰能力强。

附图说明

为了进一步阐述本实用新型所描述的内容，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本实用新型的范围的限定。

图1是S波段宽带MMIC低噪声放大器的电路结构示意图；

图2是S波段宽带MMIC低噪声放大器的噪声系数测试结果图；

图3是S波段宽带MMIC低噪声放大器的小信号增益S21测试结果图；

图4是S波段宽带MMIC低噪声放大器的输入电压驻波比VSWR1与输出电压驻波比 VSWR2测试结果图；

图5是S波段宽带MMIC低噪声放大器的1dB功率压缩点测试结果图；

1-第一级场效应晶体管放大器；2-第一级栅极偏置网络；3-第一级漏极偏置网络；4-第一传输线网；5-第二级场效应晶体管放大器；6-第二级栅极偏置网络；7-第二级漏极偏置网络； 8-负反馈网络。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种S波段宽带MMIC低噪声放大器，包括两级放大器、三级匹配网络和负反馈网络；

所述两级放大器包括第一级场效应晶体管放大器1、第一级栅极偏置网络2、第一级漏极偏置网络3、与第一级场效应晶体管放大器串联的第一传输线网4、第二级场效应晶体管放大器5、第二级栅极偏置网络6和第二级漏极偏置网络7；所述第一传输线网与第一级场效应晶体管放大器1的源极连接；

所述三级匹配网络包括连接于低噪声放大器输入端与第一级场效应晶体管放大器1栅极之间的输入级匹配网络、连接于所述第一级场效应晶体管放大器1漏极与所述第二级场效应晶体管放大器5栅极之间的级间匹配网络以及与所述第二级漏极偏置网络连接的输出级匹配网络；所述输入级匹配网络还与第一级栅极偏置网络2连接；所述级间匹配网络还与第二级栅极偏置网络6和第一级漏极偏置网络3连接；所述输出级匹配网络还与第二级漏极偏置网络7 连接；所述负反馈网络连接于第二级场效应晶体管放大器5栅极与源极之间。

于本实施例中，第一级场效应晶体管放大器1采用0.25-μm砷化镓工艺制作的赝调制掺杂异质结场效应晶体管(pHEMT)，其管芯尺寸为4×50μm。第二场效应晶体管放大器5采用 0.25-μm砷化镓工艺制作的赝调制掺杂异质结场效应晶体管(pHEMT)，其管芯尺寸为 4×100μm。

于本实施例中，所述输入级匹配网络包括依次串联连接的第七微带线TL7、第二电容C2、第八微带线TL8、第九微带线TL9、第二电感L2和第十微带线TL10，所述第十微带线TL10 还与第一级场效应晶体管放大器的栅极连接。第八微带线TL8与第九微带线TL9之间通过三接头连接器Tee2连接，三接头连接器Tee2的另一连接端与第一级栅极偏置网络2连接。输入级匹配网络与外部射频输入端口相连接，输入端口匹配到50Ω标准阻抗。

于本实施例中，所述第一级栅极偏置网络2包括栅极第一支路、栅极第二支路和栅极第三支路，所述栅极第一支路包括连接于第八微带线TL8与第九微带线TL9公共端的第六微带线 TL6，第六微带线TL6的另一端连接第五微带线TL5，第五微带线TL5与第六微带线TL6之间连接第一电感L1；所述栅极第二支路包括串联连接的第三微带线TL3、第一电容C1和第四微带线TL4，第四微带线TL4通过第一背孔BVia1接地；所述栅极第三支路包括串联连接的第一微带线TL1和第二微带线TL2，第一微带线TL1连接第一栅极电压Vgs1，Vgs1＝-0.6V；所述第五微带线TL5的另一端分别与第三微带线TL3和第二微带线TL2连接。第五微带线 TL5、第二微带线TL2和第三微带线TL3通过三接头连接器Tee1连接。

于本实施例中，所述第一传输线网4包括与第一级场效应晶体管放大器1源极连接的第十一微带线TL11，第十一微带线TL11的另一端连接第十二微带线TL12。第十一微带线TL11 与第十二微带线TL12通过二接头连接器Bend1连接，第十二微带线TL12通过第二背孔BVia2 接地。

于本实施例中，所述级间匹配网络包括串联连接的第十三微带线TL13、第二十一微带线 TL21、第二十二微带线TL22、第四电容C4、第二十三微带线TL23、第三十四微带线TL34 和第三十五微带线TL35，所述第十三微带线TL13与第一级场效应晶体管放大器1漏极连接，所述第三十五微带线TL35与第二级场效应晶体管放大器5栅极连接。

第十三微带线TL13与第二十一微带线TL21通过三接头连接器Tee3连接，三接头连接器 Tee3的另一连接端与第一级漏极偏置网络3连接。第二十三微带线TL23与第三十四微带线 TL34之间通过三接头连接器Tee5连接，三接头连接器Tee5的另一端连接第二级栅极偏置网络6。

于本实施例中，所述第一级漏极偏置网络3包括漏极一支路、漏极二支路和漏极三支路，所述漏极一支路包括串联连接的第二十微带线TL20、第三电感L3和第十九微带线TL19，所述漏极二支路包括串联连接的第十七微带线TL17、第三电容C3和第十八微带线TL18，所述漏极三支路包括串联连接的第十六微带线TL16、第一电阻R1、第十五微带线TL15和第十四微带线TL14；所述第二十微带TL20连接连接于第十三微带线TL13与第二十一微带线TL21 之间，第十九微带线TL19分别连接第十七微带线TL17和第十六微带线TL16。

第十六微带线TL16、第十七微带线TL17、第十九微带线TL19通过三接头连接器Tee4 连接，第十八微带线TL18通过第三背孔BVia3接地，第十四微带线TL14连接第一漏极电压Vds1，Vds1＝3V。

于本实施例中，所述第二级栅极偏置网络6包括串联连接的栅极四支路、栅极五支路和栅极六支路，所述栅极四支路包括串联连接的第三十三微带线TL33、第三十二微带线TL32、第三十一微带线TL31、第三十微带线TL30、第四电感L4和第二十九微带线TL29，所述栅极五支路包括串联连接的第二十四微带线TL24、第二十五微带线TL25、第二电阻R2和第二十六微带线TL26，所述栅极六支路包括串联连接的第二十七微带线TL27、第五电容C5和第二十八微带线TL28；所述第三十三微带线TL33连接于第二十三微带TL23线与第二十四微带线 TL24之间；所述第二十九微带线TL29连接于第二十六微带线TL26与第二十七微带线TL27 之间。

第二十四微带线TL24连接第二栅极电压Vgs2，Vgs2＝-0.6V；所述二十六微带线TL26、第二十七微三带线TL27和第二十九微带线TL29通过三接头连接器Tee6连接；第三十微带线 TL30与第三十一微带线TL31之间通过二接头连接器Bend2，第三十一微带线TL31与第三十二微带线TL32之间通过二接头连接器Bend4，第三十二微带线TL32之间与第三十三微带线 TL33之间通过二接头连接器Bend5，第三十三微带线TL33与三接头连接器Tee5之间通过二接头连接器Bend5连接。第二十八微带线TL28通过第四背孔BVia4接地。

于本实施例中，所述输出级匹配网络包括串联连接的第三十六微带线TL36、第四十三微带线TL43、第五十一微带线TL51、第五十二微带线TL52、第六电容C6、第五十三微带线 TL53、第五十六微带线TL56和第五十七微带线TL57，所述第三十六微带线TL36连接于第二级场效应晶体管放大器5的源极；所述输出级匹配网络还包括串联连接的第五十四微带线 TL54、第六电感L6和第五十五微带线TL55；所述第五十五微带线TL55连接于第五十六微带线TL56与第五十三微带线TL53之间。所述第五十五微带线TL55与第五十六微带线TL56、第五十三微带线TL53之间通过三接头连接器Tee11连接，第五十一微带线TL51、第五十微带线TL50、第四十三微带线TL43通过三接头连接器Tee10连接，第四十三微带线TL43、第四十二微带线TL42、第三十六微带线TL36之间通过三接头连接器Tee8连接。输出级匹配网络与外部射频输出端口相连接，输出端口匹配到50Ω标准阻抗。

所述负反馈网络串联连接的第三十七微带线TL37、第三电阻R3、第三十八微带线TL38、第三十九微带线TL39、第八电容C8、第四十微带线TL40、第四十一微带线TL41、第四电阻 R4和第四十二微带线TL42，所述第三十七微带线TL37连接于第三十四微带线TL34与第三十五微带线TL35之间，所述第四十二微带线TL42连接于第三十六微带线TL36和第四十三微带线TL43之间。第四十微带线TL43与第四十一微带线TL41之间通过二接头连接器Bend7 连接，第三十九微带线TL39与第三十八微带线TL38之间通过二接头连接器Bend6连接。

于本实施例中，所述第二级漏极偏置网络7漏极第四支路、漏极第五支路和漏极六支路，所述漏极四支路包括串联连接的第五十微带线TL50、第四十九微带线TL49、第五电感L5和第四十八微带线TL48，所述漏极五支路包括串联连接第四十七微带线TL47、第七电容C7和第四十八微带线TL48，所述漏极六支路包括串联连接的第四十四微带线TL44和第四十五微带线TL45；所述第五十微带线TL44连接于第四十三微带线TL43与第五十一微带线TL51之间，所述第四十七微带线TL47连接于第四十五微带线TL45与第四十八微带线TL48之间。第四十五微带线TL45、第四十七微带线TL47、第四十八微带线TL48之间通过三接头连接器 Tee9连接，第四十四微带线TL44连接第二漏极电压Vds2，Vds2＝3V。第四十八微带线TL48 通过第五背孔BVia5接地。

射频信号输入到输入级匹配电路，通过第一级场效应晶体管放大器1时，信号被放大，进入级间匹配，使得信号与第二级场效应晶体管放大器2进行匹配，信号再经过第二次放大，进入负反馈网络8，反馈网络的第三电阻R3和第四电阻R4调节了放大器的增益，负反馈网络的第六电容C6同时调节了信号的幅度和相位，还起到了直流隔离的作用。使得在较宽的频带内保持良好的增益平坦度，显著提高了低噪声放大器的线性度，降低了噪声系数；经负反馈调节的信号输入到输出级匹配网络，将信号以低噪声的状态放大输出。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。