[发明专利]场效应晶体管放大器

说明书

本发明涉及一种使用场效应晶体管(以下指FET)的放大器，而更具体地涉及一种FET放大器，其被作为卫星通讯或诸如此类的低噪声放大器使用，从而通过使用压缩电路来实现宽频带内的减噪。

在用于卫星通讯的低噪声放大器中，从卫星到达地面的无线电波由于在卫星与地面之间的无线电波传播路径内的衰减或受卫星本身的发射能力的限制而变得很弱。由于这个原因，放大器自身产生的噪声需要被减至最小。在目前的卫星通讯中，所使用的频带随着通讯业务量的增加而加宽，从而放大器也必须适应一个宽频带。因此，FET放大器必须具有一个能够同时满足这两个要求的电路结构。为满足这些要求，已通过改进FET放大器的输入端电路做了些研究。

通常，如图1所示，当一个无耗匹配电路M₁与FET1的输入端相联时，FET1的噪声系数是由输入电路的源导纳(Ys=Gs+jBs)确定的，如下面公式所示：

F=F₀+R_n/Gs(Gs-G₀)²+(Bs-B₀)²

F：由输入电路确定的噪声系数

F₀：最佳的噪声系数

R_n：等效输入噪声电阻

G₀：给出最佳噪声系数的电导

B₀：给出最佳噪声系数的电纳

G_s：输入电路的电导(源电导)

B_s：输入电路的电纳(源电纳)

为了在此公式的基础上形成一个噪声最优FET放大器，最好使源导纳(Y_s=G_s+jB_s)与由FET限定的噪音最佳导纳(Y₀=G₀+jB₀)相匹配。图1中的参考符号M₂表示一个输出匹配电路。

在传统的FET放大器中，如图2所示，包含具有一个输入端21和变压器24到26的阻抗改进隔离器2的输出端23，一个等效端22，且终端电阻为50Ω的输出端23通过λ/4微带线路11和一个FET引线电感12与FET1的输入端相连，从而获得实现最优噪声的匹配。参考符号13表示一个输出匹配电路。然而，在此电路结构中，由隔离器输出部分的变压器26和λ/4微带线路11之间的匹配电路中产生的损耗降低了FET放大器的噪声系数。当实现噪声匹配时，此放大器的源阻抗在图3的史密斯图中表现为一个轨迹C。然而，为实现最优噪声的源阻抗通常用图3中的轨迹D表示。此两轨迹具有相反的频率方向因此其彼此相交。这不可避免地在带端造成噪声增加，从而无法获得宽频带噪声匹配。

为了解决噪声匹配后频率轨迹的交叉问题，日本未审查的专利公开号为No.63-62405的申请中公开了一种具有用于实现宽频带内降低噪声的电路结构的微波放大器。该微波放大器如图4A所示，在介质衬底的表面上设置一个FET1，该介质衬底的表面上形成有一个接地导线，且在FET1的输入部分IN和栅极之间设置一个输入匹配电路30。输入匹配电路30包含一个设置在输入部分的开路线31，微带线32和33用于将输入部分与FET的栅极相连，和设置在微带线上一点的短路线34。即使当电容器C被接入地与另一微带线35的末端之间而不是设置一个短路线34，如图4B所示，仍可获得一个短路端电路。

下面将描述现有技术中公开的放大器的输入阻抗轨迹的变化。用Гs＇表示从FET的栅极到输入匹配电路30的输入端的反射系数。而相应地用Г1、Г2、Г3来表示从输入匹配电路30的相应元件到输入端的反射系数。开路线31，微带线32和33以及短路线34的电学长度被最优化，从而使得反射系数Г1到Г3和Г5在图5的史密斯图上相应地沿着轨迹41到44的变化而变化。已沿着开路线31和微带线32中的轨迹变化的反射系数Г2沿着短路线34的轨迹43变为反射系数Г3。轨迹Г3通过沿着微带线32和33的相位旋转被转换为Гs(44)并重叠上FET的最优输入负载反射系数Гopt(45)。通常地，当频率变高时，微带线的相位旋转变得更大。由于这个原因当轨迹Г3到达轨迹Гs的位置时，轨迹的长度变小。然而，与图2中的结构相比，由于从Гopt(45)到Гs(44)的位移可被减小，从而图4A或4B中的结构可在宽频带实现噪声匹配。