[实用新型]微波放大器

说明书

一种微波放大器，属于量子力学、半导体物理、电子学技术领域。通过泵浦微波将含异质结的晶体管中的极化激元激发到高能级，利用输入信号在能级跃迁过程中的链式效应，使被激发到高能级的极化激元向下跃迁到能级区域内的指定能级，实现输入信号功率的放大。本实用新型有效解决了直流偏置放大器偏置电路串扰、电路走线要求高、直流电压纹波干扰以及脉泽放大器工作环境要求严苛、体积庞大、工艺复杂、成本高昂等难题，通过采用通用半导体工艺制作的晶体管实现微波放大器，该放大器结构简单，工作温度要求低，其泵浦功率可以空间辐射的形式提供，具有很好的灵活性。

技术领域

本发明属于量子力学、半导体物理、电子学技术领域，具体涉及一种微波放大器。

背景技术

放大器是电子学中的基本器件，其主要功能是对激励信号的功率进行放大后输出。一般情况下，射频微波放大器多由晶体管实现，该类放大器需要引入直流电，目的在于将晶体管偏置于放大区，从能量角度而言是将直流能量转化为微波能量，而直流偏置电路的引入往往会造成器件与器件之间、模块与模块之间的串扰，去除这种串扰较为困难，同时由于直流电存在一定的波动，这会引入额外的噪声。在噪声性能要求极高的情况下，常使用工作在极低温度的晶体管放大器。低温环境的获取使得该类放大器复杂度、成本、体积、重量和功耗急剧上升，极大的限制其应用范围。另一方面，目前不采用直流能量转化的脉泽放大器由于其极佳的噪声性能采用红宝石脉泽实现【深空网低噪声系统】，由于其具有极低的噪声温度，通常用于深空探测系统的接收前端，但是该类放大器需要在低温环境 (<4.5K)下工作，且还需外加强磁场，结构复杂，体积庞大，成本较高，应用范围极为有限。

发明内容

为了解决现有直流偏置放大器存在的串扰和低噪声放大器对低温环境的依赖，本发明提出了一种微波放大器，通过泵浦微波将含异质结的晶体管中的极化激元激发到高能级，利用输入信号在能级跃迁过程中的链式效应，使被激发到高能级的极化激元向下跃迁到能级区域内的指定能级，实现输入信号功率的放大。

本发明采用的技术方案如下：

一种反射式微波放大器，如图3(a)所示，包括环形器、源极匹配网络、泵浦匹配网络、含异质结的晶体管和调谐网络；其中，所述环形器与输入端、输出端、源极匹配网络输入端相连，源极匹配网络输出端与含异质结的晶体管源极相连，含异质结的晶体管栅极通过调谐网络接地，所述泵浦匹配网络与含异质结的晶体管漏极相连；

输入信号经环形器进入源极匹配网络，经源极匹配网络匹配后馈入含异质结的晶体管；泵浦微波经泵浦匹配网络后，馈入含异质结的晶体管，使含异质结的晶体管能级中的极化激元激发到高能级，调谐网络根据所需放大信号的频率调整其谐振频率，使得输入信号能在低噪声的情况下得到最大放大倍率；经放大后的信号经源极匹配网络后，经环形器的输出端口输出，实现输入信号功率的放大。

其中，调谐网络的谐振频率根据所需放大信号频率确定。

一种通过式微波放大器，如图3(b)所示，包括输入匹配网络、含异质结的晶体管、漏极匹配网络、调谐网络、双工器、泵浦匹配网络和输出匹配网络；所述输入匹配网络与含异质结的晶体管源极相连，含异质结的晶体管栅极通过调谐网络接地，漏极与漏极匹配网络一端相连；所述漏极匹配网络另一端与双工器的总口相连，所述双工器的两个分口分别与泵浦匹配网络和输出匹配网络相连；

输入信号经输入匹配网络匹配后，馈入含异质结的晶体管；泵浦微波经泵浦匹配网络后，馈入含异质结的晶体管，使含异质结的晶体管能级中的极化激元激发到高能级；调谐网络根据所需放大信号的频率调整其谐振频率，使得被激发到高能级的极化激元向由调谐网络的谐振频率指定的低能级跃迁，向外辐射能量；同时由于输入信号频率的影响，被激发到高能级的极化激元向指定能级跃迁过程中，会形成稳定的受激辐射，即在低噪声下获得信号的放大；经放大后的信号通过输出匹配网络输出。

其中，调谐网络的谐振频率根据所需放大信号频率确定。