[发明专利]高增益放大器

说明书

本发明涉及能用于微波频率的高增益放大器。它尤其可以用在雷达，用于卫星的无线电定向传输。及用于电视的本地多点配送系统(LMDS)。本发明所涉及的频率范围更具体地覆盖从1GHz至100GHz的频率范围。然而，应用可以超出这些技术领域和这个频率范围。不论何时考虑无线电传播本发明都是适用的。

本发明的一个目的是提出一种高增益低成本的放大器。“高增益”通常意味着放大系数大于40dB并高达100dB。

通常执行放大功能的电路包括以单片微波集成电路(MMICS)为基础的元件。这样的MMIC元件包括经由传输线路连接在一起的集成电路。在这样的一个MMIC元件内部传输线路的构造、长度和分布中例如是构成实质是非振荡的微波放大电路的类型的。实际上，一个微波放大部件包括一个绝缘板(例如，由陶瓷，聚四氟乙烯-玻璃，或环氧树脂制成)其中的凹槽是机制的用于容纳MMIC元件。该绝缘板带有导电的印制线以内接元件。每个MMIC元件都具有一个经由它要放大的信号被输入的输入端，和经由它放大的信号被输出的输出端。MMIC元件通常是一个矩形块状，输入端位于MMIC元件的一侧，而输出端位于与输入端相反的一侧。

放大的信号在元件输出端周围所处的空间内自然地辐射。遗憾地，随后辐射传播到输入端。因此，在输出端产生的信号被再次输入到输入端。这个现象是一种无线电的传输现象。

要限制这种现象的干扰效应，MMIC元件装配有金属盖并围绕着有吸收能力的材料。因此，吸收材料被放在MMIC元件的集成电路和盖之间。另外，装有盖的MMIC元件它自身被放在一个外壳中，该外壳具有一个面对MMIC元件的输入端的输入，并具有一个面对MMIC元件的输出端的输出。在外壳的顶盖和元件盖之间的空间充满着吸收材料以防止放大波的循环传播。该外壳经由屏蔽的链接电缆被连接至其它电路。

由这样的吸收材料所带来的缺点是它们不会令人满意地完成它们的功能。即使细心考虑选择吸收材料和它们的分布，在它的外壳里用这样一个放大电路所能达到的放大极限大约是40dB。超出这个极限，对于频带的某些频谱元件，MMIC元件开始振荡(增益很大)或重新输入引起很大的衰减。在工作频带内，实际上得到的增益对于给定的放大值意想不到地变得高很多或低很多。因此这样的放大器不能使用，它们对放大信号产生太大的失真。

要补救这个问题，例如要获得90dB的放大系数，就要预备串联一组外壳，例如三个外壳，其各自包括放大电路。当然实质上价格也增加三倍。

另外，吸收材料具有排气的缺点。通过升华，它们扩散这些颗粒，尤其它们渗入用于集成电路的砷化镓(GaAs)晶体管的导电通道。另外，在元件盖和外壳顶盖之间，吸收材料的阻尼能量实际上最好被限制到50dB。

本发明的一个目的就是通过提出能设计出具有高增益放大器的方案以解决这个问题，例如，这个高增益通常是60dB或甚至是80dB或90dB，而没有再次输入干扰现象。在这种情况下，很可能做成具有普通外壳的高增益放大器：该部件的成本实际上可被认为是再除以三。

本发明的原理在于提供波导，在MMIC电路的盖所处的空间内，分别在所述盖的上面和下面，各自称为“辅助”波导和“附加”波导。辅助波导和附加波导的截止频率被选为比要放大的工作通频带的上限要大。因此，在工作频带产生的所有信号具有低于波导截止频率的频率：它们不能在此传播。因此，由放大电路输出端到它的输入端的反馈被减少到足够小以不影响它们的一个量。然后有可能设计具有很高增益的放大电路。实际上，本发明已经用从80dB至90dB的增益测试范围做了试验。

本发明的一个优点是使要被构筑的波导用不需要具有很好的吸收特性但能提供不排气的优点并由不污染MMIC元件晶体管的材料所充满。

本发明由此提供一种用于放大在高频段分布的电信号的高增益放大器，放大器包括一个放大电路，放大电路被装在一个支架，例如，在MMIC元件内部的一个金属底板，并由一个盖覆盖，并且放大电路具有在第一侧的一个信号输入端和在与所述第一侧相对的第二侧上的一个信号输出端，所述放大器其特征在于它包括细分装置，用于细分在盖和支架之间所处的空间为辅助波导，使得到的波导的特性不适于使其频率位于放大器的高频段的信号在输出端和输入端之间传播。最好，盖上面的空间也以同样的方法，即用具有与辅助波导同样特性的附加波导细分。

在阅读下面的说明和分析附图之后本发明更容易理解。本图仅仅表示而并不限制本发明。在图中：

图1和图2分别表示了构成本发明高增益放大器的MMIC元件的一个剖面图和一个平面视图；