[发明专利]一种基于零反射网络的辐射计

说明书

本发明公开了一种基于零反射网络的辐射计，包括：多级低噪声放大器和零反射网络；多级低噪声放大器包括：N个级联的单级低噪声放大单元，依次记为第一级低噪声放大单元、……、第i级低噪声放大单元、……和第N级低噪声放大单元，用于将射频输入信号进行放大，零反射网络用于将多级低噪声放大器的输出阻抗进行匹配，并将带外反射信号进行吸收以实现端口无反射信号；混频器可以设置于基于零反射网络的外差式辐射计的最后一级；检波器可以设置于基于零反射网络的直检式辐射计的最后一级。本发明通过零反射网络的引入，提升了辐射计系统的线性度、灵敏度和稳定性，同时减小了电路尺寸。

技术领域

本发明属于辐射计技术领域，更具体地，涉及一种基于零反射网络的辐射计及其衍生架构。

背景技术

辐射计是根据物体辐射特性而设计的装置，可接收环境的热辐射从而进行探测和成像。外差式构和直检式架构广泛运用于辐射计的设计，前者主要由多级低噪声放大器(LNA)和混频器构成，后者主要由多级低噪声放大器和检波器构成。硅工艺的成熟使得全集成、高性能的毫米波辐射计成为可能，可以用于V波段、W波段甚至更高频段。通常，环境辐射信号的大小约为-90dBm，毫米波辐射计以大量阵列单元的方式进行探测，这对辐射计的灵敏度和动态范围提出了很高的要求。然而辐射计中各模块的级间信号反射会使得放大器、混频器和检波器等有源器件引入额外的交调信号、加大增益波动，降低整个辐射计系统的动态范围，甚至造成内部自激而无法正常工作。因此减少辐射计中各模块的级间信号反射是提高稳定性和线性度的一种有效手段。

这里以外差式辐射计为例，为减少级间反射，现有的外差式辐射计架构主要有以下三种：

(1)如图1所示，在多级低噪声放大器和混频器之间添加环形器，正向信号经过环形器直通传输，而在混频器输入端面产生的反射信号则被环形器吸收。但受工艺所限，环形器不能通过硅基集成，这种架构只能采用混合集成方式实现，增大了系统尺寸与功耗；

(2)如图2所示，在多级低噪声放大器和混频器之间添加了可硅基集成的衰减器，级间反射信号被衰减器吸收从而提高隔离度，然而衰减器同时也会衰减正向波，因此这种架构不可避免地降低了系统增益，对整体系统的灵敏度提升并不明显甚至会造成恶化。

(3)如图3所示，增加一组多级低噪声放大器，在两组多级低噪声放大器前后添加正交耦合器构成平衡式放大器结构，来自放大器、混频器的反射信号经过正交耦合器，在射频输入端被抵消从而减少了反射信号。然而正交耦合器的带宽受限，因此这种架构由于正交耦合器的引入存在反射信号吸收带宽窄、电路尺寸大和功耗大等问题。

需要说明的是，以上同样适用于现有的直检式辐射计，将混频器换成检波器即可。

综上所述，现有的辐射计在减少级间反射技术上受到器件性能或电路结构的限制，存在反射信号吸收带宽窄、增益降低、不能全集成、电路尺寸大、功耗高等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明的目的在于提供一种基于零反射网络的辐射计，旨在解决现有辐射计在减少级间反射技术上受到器件性能或电路结构的限制，存在反射信号吸收带宽窄、增益降低、不能全集成、电路尺寸大或功耗高的问题，本发明同时进一步提高系统的稳定性和线性度。

本发明提供了一种基于零反射网络的辐射计，包括：多级低噪声放大器和零反射网络；多级低噪声放大器包括：N个级联的单级低噪声放大单元，依次记为第一级低噪声放大单元、……、第i级低噪声放大单元、……和第N级低噪声放大单元，用于将射频输入信号进行放大，零反射网络用于将所述多级低噪声放大器的输出阻抗进行匹配，并将带外反射信号进行吸收以实现端口无反射信号；其中，N表示单级低噪声放大单元的个数，i表示单级低噪声放大单元的序号，N为大于等于2的整数，1≤i≤N。

本发明中，零反射网络作为多级低噪声放大器的输出阻抗匹配网络，同时还作为反射信号吸收网络，吸收后级混频器产生的反射信号，提高前后级器件的稳定性和线性度。且多级低噪声放大器由N个单级低噪声放大单元级联构成，可以给链路提供足够高的增益。