[发明专利]基本电路、射频信号放大器及应用

说明书

技术领域

本发明属于高频电路设计与低温超高真空系统领域，具体而言，本发明涉及一种基本电路、包含基本电路的射频信号放大器及应用。

背景技术

信号放大器作为信号处理最基本的核心器件，除对其诸如增益、带宽、噪声等基本性能要求日益提升，近年来，在环境适应性方面的要求也不断提高。

随着低温超高真空实验研究的发展，设计一种能在液氦低温下工作的高性能信号放大器一直是电路设计领域内的重要课题。随着半导体晶体管制作工艺与技术的日趋成熟，目前已有不少能在10K(开尔文)左右温度条件下工作的信号放大器。但目前已有的低温信号放大器设计主要针对航空航天领域的应用，对于低温与超高真空技术方面的考虑不周全，特别是无法适用于本底真空度低于百亿分之一托低温超高真空实验系统。其症结在于以下三点：

1)：未考虑实际工作的低温环境空间体积普遍较小这一现状。目前的低温系统主要使用循环液氦或液氦杜瓦等系统对体系进行降温，出于节省液氦消耗以及加快降温速率的目的，低温系统往往会尽可能地减小自身尺寸，这也就使其内部的低温实验空间不会富余。现有的低温信号放大器尺寸过大，在实际使用中并不便捷甚至无法放入空间、狭小的低温超高真空系统内部。

2)：未考虑实际实验低温和超高真空环境要求。为获得超高真空实验环境，实际工作中必须对真空腔体进行烘烤以出去吸附的气体。烘烤温度往往会达到180摄氏度左右，局部高温可能达到200摄氏度以上，且烘烤时间一般长达50小时，普通电路无法适应如此的高温环境。另一方面，器件自身用材必须满足严格的低出气率限制才可用于超高真空环境。此外，绝大多数材料在低温下强度下降，变脆变硬，现有的极低温电子学器件未考虑这种机械性能下降而导致的器件易损坏或是影响低温环境中其他装置的移动过程。

3)：未考虑器件功率消耗对实验环境及其自身性能的影响。器件功率消耗过大，必然会导致器件温度升高。这一方面会致使器件所在的低温实验环境温度升高；另一方面，由于晶体管器件在低温下性能变化显著，器件自身温度的变化也会影响放大器实际工作增益。除此之外，还会导致更多的液氦资源消耗。

发明内容

因此，为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基本电路及包含基本电路的具有高增益、低噪声、低功耗、小尺寸的射频信号放大器及应用。

具体地，为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种基本电路，其中，所述基本电路由尺寸最小化布线操作实现的，所述尺寸最小化布线操作包括，

删除非必要原件，所述非必要原件包括但不限于增益平坦度调节与部分电压供给滤波元件；

缩短微带线长度以无源原件阻抗值调整弥补其负面影响；

平行错位主信号传输路径以压缩路径长度。

根据本发明的第一方面的基本电路，所述基本电路选用印制电路板及耐高温焊料，所述耐高温焊料包括但不限于：高温焊锡与导电银胶，所述印制电路板不使用有机材料，并采用压印覆铜工艺制作。所述印制电路板可以是罗杰斯高频板型。

根据本发明的第一方面的基本电路，所述基本电路的信号输入输出端所直接连接的覆铜箔，添加过孔与所述印制电路板背面的两块孤立覆铜箔通过焊料相连以增强连接强度。

根据本发明的第一方面的基本电路，所述基本电路的工作功率范围为100毫瓦以内。所述工作功率范围可以为50毫瓦以内。所述工作范围还可以为5～25毫瓦。所述工作功率进一步可以为9～15毫瓦。

本发明的第二方面提供了一种兼容低温超高真空系统的射频信号放大器，所述射频信号放大器包括本发明第一方面的基本电路。所述射频信号放大器进一步可以包括外金属屏蔽壳。

根据本发明第二方面的射频信号放大器，所述外金属屏蔽壳使用航空铝材为主体，结合表面镀金工艺制作。所述航空铝材可以为钛金属。

根据本发明第二方面的射频信号放大器，所述外金属屏蔽壳包括利用金属自身的弹性达到机械咬合的两个独立金属壳，即外金属屏蔽壳顶壳和外金属屏蔽壳底壳。所述外金属屏蔽壳顶壳和所述外金属屏蔽壳底壳均可以包括内部的机械层与外部镀着的导热层。所述机械层可以为金属钛，所述导热层为金导热层或银导热层。

进一步优选地，所述外金属屏蔽壳底壳添加L形槽，所述L形槽用于金属屏蔽壳卡住所述电路板并且与所述印制电路板背部接地覆铜箔接触时，信号输入输出端相连的印制电路板背面两块孤立覆铜箔与金属壳不接触造成短路。