C波段宽频带低温低噪声放大器的研制

摘要

随着微波测量测量技术的日益发展，测量系统越来越多地被要求在低温甚至极低温的环境下进行测量工作。特别在半导体量子点领域中谐振腔与量子点耦合的低温测量系统中，需要同时用到两个低噪声放大器，并分别要求它们在4K极低温和室温下工作。由于量子点信号十分微弱，这就要求作为接收信号前端的放大器在抑制噪声的同时提供足够大的增益来放大量子点信号。而且不同腔的谐振频率变化较大，还需要放大器有较大的带宽。
　　本文首先介绍了C波段宽频带低温低噪声放大器的研制意义。随后介绍了宽频带低温低噪声放大器的基础理论，并详细介绍了宽频带低温低噪声放大器的设计方法，包括稳定性、偏置网络、匹配网络的设计等。接着对宽频带低温低噪声放大器的仿真和实测结果的偏差进行分析，并引入S参数的去嵌入技术对其进行修正。最后介绍了C波段宽频带低温低噪声放大器PCB电路版图的制作、金属屏蔽盒的设计和其在室温和4K极低温下的测试结果。设计的C波段宽频带低温低噪声放大器采用三级联结构，其工作频段为5-6.5GHz，在室温下测量增益为30.7±1dB，输入输出反射损耗均小于-10dB，噪声系数小于1.6dB。在4K极低温的条件下测试，通过适当调整放大器的偏置电压后，其增益能达到34.3±1.3dB。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 低噪声放大器的研制意义

1．2 C波段宽频带低温低噪声放大器的研制意义

1．3 C波段宽频带低温低噪声放大器的研制目标

1．4 本文的结构

第二章 宽频带低温低噪声放大器设计的理论基础

2．1 阻抗匹配理论

2．2 二端口网络的矩阵表示

2．2．1 S矩阵

2．2．2 T矩阵

2．3 低噪声放大器的功率增益

2．4 低噪声放大器的噪声系数和噪声温度

2．4．1 噪声系数

2．4．2 噪声温度

2．5 放大器的稳定性

2．5．1 稳定性的定义

2．5．2 稳定性的判定条件

2．6 放大器的反射系数、回波损耗和驻波比

2．7 1dB压缩点和动态范围

第三章 C波段宽频带低温低噪声放大器的设计与仿真优化

3．1 一般放大器的基本结构

3．1．1 单级放大器的基本结构

3．1．2 三级放大器的基板结构

3．2 宽频带低温低噪声放大器的元器件选择

3．2．1 晶体管的选择

3．2．2 介质基板的选择

3．2．3 集总元件的选择

3．3 稳定性设计

3．4 直流偏置网路设计

3．5 匹配网络设计

3．5．1 源极负反馈设计

3．5．2 不对称十字结型微带线的输入匹配网络

3．6 ADS仿真优化

第四章 S参数的去嵌入技术

4．1 C波段宽频带低温低噪声放大器仿真和实测结果的偏差分析

4．2 S参数的去嵌入技术的原理

4．3 S参数的去嵌入技术的实施方法和具体步骤

4．4 S参数的去嵌入技术的实际实验效果

第五章 C波段宽频带低温低噪声放大器的制作与测量

5．1 PCB电路版图的制作

5．2 低温放大器金属屏蔽盒的设计与制作

5．3 C波段宽频带低温低噪声放大器的室温和低温测试结果

总结与展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果