本发明属于电子电路，尤其涉及微波毫米波频段的可变增益的低噪声放大器应用。
背景技术：
1、随着人工智能、虚拟现实、增强现实等技术的快速发展，对于系统速率与带宽提出了更高的要求。同时，相控阵系统为实现波束赋形而对于增益变化范围有了更高的要求。低噪声放大器作为接收机的关键模块，承担起放大器信号及抑制噪声的重要作用。因此，迫切需要一种高增益、低噪声且增益可变的新型低噪声放大器。
技术实现思路
1、技术问题：本发明目的在于提供一种基于三线圈耦合的可变增益低噪声放大器,以解决传统的低噪声放大器增益不足、带宽不足、无法调节增益的问题。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器具体如下：
3、该放大器包括输入匹配网络、第一级放大电路、级间匹配网络、第二级放大电路、可变增益电路、输出匹配网络共六个部分，还有信号输入端口in，信号输出端口out；信号从端口in输入，经由第一三线圈变压器xfmr1耦合到第一晶体管m1的栅极与源极，增强了第一晶体管m1的等效跨导；经过第一级放大器放大的信号从第一晶体管m1的漏极输出后进入第二三线圈变压器xfmr2的第四电感l4侧，并通过第二三线圈变压器xfmr2将信号耦合到第二晶体管m2的栅极与源极，提高了第二级放大器的等效跨导；经过第二级放大器放大后的输出信号通过第二晶体管m2的漏极传输到输出匹配网络的第三变压器xfmr3的第七电感l7侧；最终信号通过第三变压器xfmr3耦合到输出out端口。
4、所述输入匹配网络包含电容cp、第一三线圈变压器xfmr1；第一级放大电路是由第一晶体管m1构成的共源极放大器；级间匹配网络包含去耦电容caux与第二三线圈变压器xfmr2；第二级放大电路是由第二晶体管m2构成的共源极放大器；可变增益电路由两个并联的第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4构成；输出匹配网络由第三变压器xfmr3构成。
5、第一三线圈变压器xfmr1包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3所组成；第一电感l1与电容cp并联，其一端与输入端in相接，另一端接地；第二电感l2一端接第一晶体管m1的栅极，另一端接偏置电压vb1；第三电感l3一端接第一晶体管m1的源极，另一端接地；第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3三个电感两两相互耦合，耦合系数分别为k12、k13、k23。
6、第二三线圈变压器xfmr2包括第四电感l4、第五电感l5、第六电感l6；第四电感l4一端接第一晶体管m1的漏极，另一端与第六电感l6、第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4的源极、去耦电容caux的一端相接；第五电感l5一端接第二晶体管m2的栅极，另一端接偏置电压vb2；第六电感l6一端接第二晶体管m2的源极，另一端与第四电感l4、第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4的源极、去耦电容caux的一端相接；第四电感l4、第五电感l5、第六电感l6三个电感两两相互耦合，耦合系数分别为k45、k56、k46。
7、第三变压器xfmr3包含第七电感l7与第八电感l8，第七电感l7一端接第二晶体管m2的漏极，另一端接电源vdd；第八电感l8一端接输出端out，另一端接地，第七电感l7与第八电感l8的耦合系数为k78。
8、可变增益低噪声放大器采用电流复用跨导增强结构，将两个紧凑的第一三线圈变压器xfmr1和第二三线圈变压器xfmr2级联的方式连接，同时实现了宽带、高增益和低噪声特性。
9、所述的可变增益低噪声放大器集成了两个无源晶体管即第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4，用于相位补偿和增益调节，实现了大增益范围调节功能且仅带来极低的相位误差。
10、所述的可变增益低噪声放大器通过调节第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4的栅极电压，使电路工作于三种不同的工作模式，实现增益调节。
11、所述的三种不同的工作模式为：当第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4均关断时，电路工作于模式1，可变增益低噪声放大器工作在最高增益状态；随着栅极偏置电压vgc逐渐升高，无源晶体管将进入模式2，其输出阻抗ro1减小，当ro1>>ro时，可变增益电路将近似等效为一个无源衰减器结构；当vgc进一步增大时，无源晶体管工作在模式3，第二晶体管m2的漏端电流将流过无源衰减器，对第二晶体管m2的漏端电流分流并降低m2的跨导gm，从而降低可变增益低噪声放大器的增益。
12、有益效果：本发明的一种基于三线圈耦合的可变增益低噪声放大器，具有以下优点：
13、本发明的基于三线圈耦合的可变增益低噪声放大器，具有高增益、低噪声、增益变化范围大的特点。
1.一种基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，该放大器包括输入匹配网络、第一级放大电路、级间匹配网络、第二级放大电路、可变增益电路、输出匹配网络共六个部分，还有信号输入端口in，信号输出端口out；信号从端口in输入，经由第一三线圈变压器xfmr1耦合到第一晶体管m1的栅极与源极，增强了第一晶体管m1的等效跨导；经过第一级放大器放大的信号从第一晶体管m1的漏极输出后进入第二三线圈变压器xfmr2的第四电感l4侧，并通过第二三线圈变压器xfmr2将信号耦合到第二晶体管m2的栅极与源极，提高了第二级放大器的等效跨导；经过第二级放大器放大后的输出信号通过第二晶体管m2的漏极传输到输出匹配网络的第三变压器xfmr3的第七电感l7侧；最终信号通过第三变压器xfmr3耦合到输出out端口。
2.根据权利要求1所述基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包含电容cp、第一三线圈变压器xfmr1；第一级放大电路是由第一晶体管m1构成的共源极放大器；级间匹配网络包含去耦电容caux与第二三线圈变压器xfmr2；第二级放大电路是由第二晶体管m2构成的共源极放大器；可变增益电路由两个并联的第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4构成；输出匹配网络由第三变压器xfmr3构成。
3.根据权利要求2所述基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，第一三线圈变压器xfmr1包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3所组成；第一电感l1与电容cp并联，其一端与输入端in相接，另一端接地；第二电感l2一端接第一晶体管m1的栅极，另一端接偏置电压vb1；第三电感l3一端接第一晶体管m1的源极，另一端接地；第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3三个电感两两相互耦合，耦合系数分别为k12、k13、k23。
4.根据权利要求2所述基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，第二三线圈变压器xfmr2包括第四电感l4、第五电感l5、第六电感l6；第四电感l4一端接第一晶体管m1的漏极，另一端与第六电感l6、第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4的源极、去耦电容caux的一端相接；第五电感l5一端接第二晶体管m2的栅极，另一端接偏置电压vb2；第六电感l6一端接第二晶体管m2的源极，另一端与第四电感l4、第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4的源极、去耦电容caux的一端相接；第四电感l4、第五电感l5、第六电感l6三个电感两两相互耦合，耦合系数分别为k45、k56、k46。
5.根据权利要求2所述基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，第三变压器xfmr3包含第七电感l7与第八电感l8，第七电感l7一端接第二晶体管m2的漏极，另一端接电源vdd；第八电感l8一端接输出端out，另一端接地，第七电感l7与第八电感l8的耦合系数为k78。
6.根据权利要求1所述的基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，可变增益低噪声放大器采用电流复用跨导增强结构，将两个紧凑的第一三线圈变压器xfmr1和第二三线圈变压器xfmr2级联的方式连接，同时实现了宽带、高增益和低噪声特性。
7.根据权利要求1所述的基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，所述的可变增益低噪声放大器集成了两个无源晶体管即第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4，用于相位补偿和增益调节，实现了大增益范围调节功能且仅带来极低的相位误差。
8.根据权利要求1所述的基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，所述的可变增益低噪声放大器通过调节第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4的栅极电压，使电路工作于三种不同的工作模式，实现增益调节。
9.根据权利要求1所述的基于三线圈变压器的紧凑型可变增益低噪声放大器，其特征在于，所述的三种不同的工作模式为：当第三开关晶体管m3与第四开关晶体管m4均关断时，电路工作于模式1，可变增益低噪声放大器工作在最高增益状态；随着栅极偏置电压vgc逐渐升高，无源晶体管将进入模式2，其输出阻抗ro1减小，当ro1>>ro时，可变增益电路将近似等效为一个无源衰减器结构；当vgc进一步增大时，无源晶体管工作在模式3，第二晶体管m2的漏端电流将流过无源衰减器，对第二晶体管m2的漏端电流分流并降低m2的跨导gm，从而降低可变增益低噪声放大器的增益。
