[发明专利]一种高平坦度低噪声放大器以及级间匹配单元设计方法

说明书

本发明提供了一种高平坦度低噪声放大器以及一种级间匹配单元的设计方法及装置。高平坦度低噪声放大器包括：多级级联的放大管，任意前一级放大管的输出端与后一级放大管的输入端之间设置有级间匹配单元，级间匹配单元包括窄边耦合的第一传输线和第二传输线，第一传输线的一端与前一级放大管的输出端连接，第二传输线的一端与后一级放大管的输入端连接，第一传输线和第二传输线构成一自谐振耦合单元可实现前一级放大管的输出端与后一级放大管的输入端之间的信号传输及级间匹配。

技术领域

本发明涉及电子电路设计领域，尤其涉及一种高平坦度低噪声放大器、级间匹配单元设计方法及其装置。

背景技术

频率60~90GHz被称为 E波段，相较于其他毫米波频段，大气吸收造成的损耗大大降低，信号传递的损耗回落到了与常规频段接近的程度。因此，E波段被广泛应用于卫星通信、汽车传感器、民用雷达和高速率通信网络系统。

在E波段通信系统中的低噪声放大器作为通信接收机系统中的第一级有源模块，其噪声特性决定了整个接收系统的噪声性能，增益平坦度则影响着系统的解调门限。由于高频毫米波通信系统的空间路径的损耗的增加，晶体管高频增益衰减等问题，一般需要使用多级晶体管级联技术来获得高增益；级间匹配电路，则影响着器件的整体带宽、增益和平坦度等指标。所以，级间匹配技术显得尤为重要。

本发明使用了一种级间耦合微带线匹配技术，替代了传统的LC匹配架构，结构简单，可以实现较大的内匹配阻抗变换比，并且通过调整多节耦合微带线的尺寸，可以获得较好的增益平坦度。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服上述缺陷，本发明旨在提供一种能够实现高平坦度的低噪声放大器及其对应的级间匹配单元设计方法。

根据本发明的一方面，提供了一种高平坦度低噪声放大器，包括：多级级联的放大管，任意前一级放大管的输出端与后一级放大管的输入端之间设置有级间匹配单元，该级间匹配单元包括窄边耦合的第一传输线和第二传输线，该第一传输线的一端与前一级放大管的输出端连接，该第二传输线的一端与后一级放大管的输入端连接，该第一传输线和第二传输线构成一自谐振耦合单元以实现前一级放大管的输出端与后一级放大管的输入端之间的信号传输及级间匹配。

进一步地，该自谐振耦合单元的匹配目标为实现其输入端阻抗至其输出端阻抗的共轭匹配。

进一步地，该第一传输线和该第二传输线的长度为四分之一波长，该第一传输线和该第二传输线的宽度与间距与前一级放大管的输出端的输出阻抗以及后一级放大管的输入端的输入阻抗有关。

在一实施例中，该第一传输线和该第二传输线的宽度相同，该宽度以及该第一传输线与该第二传输线的间距由其偶模阻抗和奇模阻抗决定，利用计算出该第一传输线和该第二传输线的偶模阻抗和奇模阻抗，其中，Z_e为该第一传输线和该第二传输线的偶模阻抗，Z_o为该第一传输线和该第二传输线的奇模阻抗，，Z_s和Z_l分别为前一级放大管的输出阻抗和后一级放大管的输入阻抗，Z₀为传输线的特征阻抗。

在一实施例中，该第一传输线和该第二传输线的另一端悬空。

在一实施例中，该第一传输线和该第二传输线的另一端分别另接负载，以调节该级间匹配单元的中心频率。较优地，该负载为传输线，调节该传输线的长度和宽度以调节该级间匹配单元的中心频率，从而使得中心频率满足目标带宽的要求，即传输线的长度和宽度与目标中心频率匹配。