一种低噪声射频功率放大电路的制作方法

[0001]
本发明涉及射频功率放大电路技术领域，尤其涉及的是，一种低噪声射频功率放大电路。


背景技术：

[0002]
随着电子设备对合成源的要求越来越高，对于合成源的频谱要求特别是相位噪声指标越来越高。作为合成源核心模块的参考信号直接影响输出信号的相位噪声水平。而一般参考信号为射频信号，由高稳晶振通过倍频混频等方式产生，在生成所需频率过程中，必然需要对信号进行放大处理，特别是倍频环节，所需的功率很高，因此，采用的放大器电路需要兼容功率和单边带相位噪声指标要求。现低噪声放大器采用噪声系数(nf)和1db压缩点(p1db)表征功率和噪声水平。nf越低表征放大器电路引入的噪声越小；p1db表征放大器线性工作能达到的最大功率水平。而基本放大电路有共集电极、共射极和共基极三种，现有射频功率放大电路基本采用共射极电路，这种方式能够有较大的放大倍数，但是由于进行了电流和电压的放大，引入的噪声较高，而共集电极电路对于功率放大倍数较小，但由于只进行了电流放大，引入的噪声较小且驱动能力更强。由于当前频率合成器的相位噪声水平要求不高，导致对于射频放大电路噪声要求不高，然而，现有晶振的近端相位噪声水平已经做到-185dbc/hz，远远低于热噪底水平，现有的射频放大电路在对此类信号进行放大后，极大的恶化了近端噪声水平，高端晶振的优势会被完全抵消。在当前射频放大电路中，电路结构基本为利用低噪声晶体管作为放大核心器件，通过调整合适的静态工作点以及对放大电路输入和输出进行匹配设计，形成低噪声放大器电路从而达到低噪声水平。然而，此类放大器所描述的低噪声为低噪声系数，表征的是输出信号在输入信号的基础上引入的噪声大小，引入的噪声为整个频域范围内的所有噪声总和，对于引入的噪声分布在何处不做处理，导致放大器对近端频率噪声恶化较为严重，影响输出信号的相位噪声水平。另外，当前放大器针噪声系数(nf)、增益和饱和功率之间存在矛盾，现有放大器针对需求不同做了一定的平衡处理。
[0003]
现有技术的缺点是电路复杂、调试工作量大，对于放大器静态工作点和工作电源的要求较高，且灵敏度较高，由于选用的元器件精度不同，调试工作量较大；在放大器选型方面，对于放大器的1db压缩点和nf系数要求较高。


技术实现要素：

[0004]
本发明提出一种低噪声射频功率放大电路，在保证输出大功率的同时，对于输出信号的近端频率噪声就行优化，解决近端相位噪声恶化问题。
[0005]
本发明的技术方案如下：一种低噪声射频功率放大电路，包括两级放大器电路，所述两级放大电路包括：第一级共集电极放大电路与第二级共射极放大电路级联连接；所述两级放大器电路放大电路分别包含了偏置电压电路、输入匹配电路和输出匹配电路和射极电阻电容电感匹配电路；所述的偏置电压电路使用任意电压控制电路；两级放大器电路形
式对信号进行放大，首先通过第一级共集电极放大电路进行驱动，然后通过第二级共射极放大电路进行功率放大，达到所需的功率要求。
[0006]
上述中，所述两级放大器电路的噪声系数计算公式为：nf＝nf1+nf2/g1；其中nf为两级放大器电路后的总噪声系数，nf1为第一级共集电极放大电路噪声系数，nf2为第二级共射极放大电路噪声系数，g1为第一级共集电极放大电路放大增益。
[0007]
上述中，两级放大器电路中的dc模块用于提供偏执电压，通过调整合适的两级放大器电路静态工作点，使得两级放大器电路分别工作在所需的最佳状态。
[0008]
上述中，两级放大器电路需增加输入和输出匹配电路，匹配电路采用t型电容电感组成，具体参数根据不同放大器所需的最佳匹配进行设计，增加匹配电路，并在每个放大器电路的射极段增加了电阻电容电感，使得放大器输入输出匹配最佳。
[0009]
本发明只用基本放大器电路组合得到所需的低噪声大功率放大电路，电路结构简单，且在保证输出功率的基础上，减少噪声恶化，特别是近端频率的噪声恶化，能够极大的减少拥有优异噪声的信号特别是超低噪声晶振的输出信号近端噪声，充分发挥了晶振的超低噪声优势。
附图说明
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图1为本发明一种低噪声射频功率放大电路图。
[0011]
图2为本发明实施例中采用t型lc匹配电路具体参数示意图。
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图3为本发明实施例中在每个放大器电路的射极段都增加了电阻电容电感后具体参数示意图。
具体实施方式
[0013]
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0014]
本发明的一个实施例是，一种低噪声射频功率放大电路，电路结构如图1所示，包括两级放大器电路，两级放大电路包括第一级共集电极放大电路和第二级共射极放大电路级联连接。两级放大器可采用低噪声放大器，但1db压缩点较高的放大器型号，如sc4536等，两级放大器电路放大电路分别包含了偏置电压电路、输入匹配电路和输出匹配电路和射极电阻电容电感匹配电路。所述的偏置电压电路可使用任意电压控制电路，需保证提供所需的电压和电流。输入匹配电路和输出匹配电路使用lc/lrc/rc以及相关组合电路皆可，针对100mhz信号进行放大，采用sc4536放大器，通过仿真和实际测试，采用t型lc匹配电路更加合适，具体参数如图2所示：图2中，c2值为0.5pf，l4值为185nh，c1值为0.5pf，三个值可根据电路实际情况进行微调整，c1和c2调整范围在5pf以内，l4调整范围在左右50nh以内。
[0015]
两级放大器电路形式对信号进行放大，首先通过第一级共集电极放大电路进行驱动，此级放大电路放大倍数较低，范围在3-5db之间增益，增益可通过控制放大器基极电流调整，针对sc4536放大器，基极电流控制在0.5ma左右为最佳，此时引入噪声较小，且中频带
宽更大，因此对于近端噪声的影响较小。然后通过第二级共射极放大电路进行功率放大，达到所需的功率要求。
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两级放大器电路的噪声系数计算公式nf＝nf1+nf2/g1。其中nf为两级放大后的总噪声系数，nf1为第一级共集电极放大电路噪声系数，nf2为第二级共射极放大电路噪声系数，g1为第一级共集电极放大电路放大增益。根据以上计算公式可知，第二级共射极放大电路的噪声由于第一级共集电极放大电路增益的影响，成倍数减小，由此可知最终的输出引入的总噪声主要取决于第一级共集电极放大电路的噪声系数，而第一级共集电极放大电路采用的共集电极放大电路，对于噪声引入较小，且选择噪声较小的低噪声放大器即可，且不需要兼容考虑增益大小，选择较多也比较容易。而第二级共射极放大电路采用共射极电路，放大倍数较大，虽然引入噪声较多，但是由于第一级共集电极放大电路增益影响，可极大的减小该级放大器噪声。通过以上两级放大器电路的级联设计，从而达到大功率且噪声较小的结果。
[0017]
由上述分析可知，双放大器的噪声基本取决于第一级放大器的噪声，而根据我们的匹配电路进行参数优化后，第一级放大器噪声达到放大器最有水平，在2.3db左右，第二级放大器的噪声通过优化达到最佳后，由于第一级放大器的增益为4db左右，可知两级放大的总噪声为2.3+2.3/4＝2.9db，而对于增益来说，第一级放大器增益为4db，第二级放大器按照正常设计，按照sc4536集电极电流50ma设计，增益在15db左右，双级放大器最终可把增益提高到19db，保证大增益和低噪声效果。
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图1中，两级放大器电路中的dc模块用于提供偏执电压，通过调整合适的两级放大器电路静态工作点，使得两级放大器电路分别工作在所需的最佳状态，两级放大器电路均增加匹配环节，使得两级放大器电路都处于最佳匹配状态，为了增加匹配电路的可调性，在每个放大器电路的射极段都增加了电阻电容电感，使得匹配电路的设计更加容易实现最佳匹配效果，具体参数如图3所示，图3中：针对100mhz放大器电路进行匹配，v1为放大器，可用型号sc4536，c1值为1pf，可调整范围5pf，r1为20欧姆，可调整范围10-50欧姆，l1为1000nh，可调整范围为800nh以上。
[0019]
本发明只用基本放大器电路组合得到所需的低噪声大功率放大电路，电路结构简单，且在保证输出功率的基础上，减少噪声恶化，特别是近端频率的噪声恶化，能够极大的减少拥有优异噪声的信号特别是超低噪声晶振的输出信号近端噪声，充分发挥了晶振的超低噪声优势。
[0020]
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。