本发明属于微波器件，涉及一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器。
背景技术：
1、超导、半导体等量子计算系统需要在极低的温度环境下工作，如量子芯片工作需低至10mk温区，这也是限制量子计算机进一步扩展和商业化的主要障碍。量子计算机对其周围环境高度敏感，由于量子比特的微妙性质，即使与外部因素，如热或电磁辐射等，发生最轻微的相互作用，也会导致退相干或量子信息丢失。通过将量子比特保存在低温环境中，可以减少热噪声，从而实现更长的相干时间和更准确的计算。
2、量子比特是量子计算机的基本单位，其数量的增加意味着量子计算机能够处理更加复杂的问题，同时具备更加强大的计算能力。随着量子计算的不断发展，量子比特数的增加是其发挥潜力的关键途径。但是如果增加量子比特数量，就需要更多的电缆和低温电子器件，如低温放大器应当工作在4k温区，而这些增加的器件产生的热量必然会给制冷机带来额外的冷却负担，因此电子器件的低功耗是量子计算空间的关键设计标准。
3、低温放大器应用在量子计算机低温微波测控链路中，是关键核心部件，其功耗直接影响到量子计算机比特数的扩展能力。现有国内低温低噪声放大器基本采用多级电路级联形式，同时基于分立器件匹配电路形式。如申请公布号为cn116896336a的发明专利，公开了一种低功耗超宽带低温低噪声放大器，在cmos的基础上掺杂hbt使其有着更低的电流密度，在相同的性能指标下，功耗更低、噪声系数更低，并将放大电路中的负反馈电路和匹配电路相结合，实现超宽带低噪放设计。实际上，现有的低温低噪声放大器除了体积较大以外，其电流为多级管芯之和，在保证增益、噪声等性能的基础上功耗很难进一步降低。
4、因此，亟需设计出具有更低功耗、低噪声能够工作在极低温度下的放大器，来满足量子计算机发展的需求。
技术实现思路
1、本发明的技术方案用于解决现有低温低噪声放大器存在体积大、功耗高、放大电路中电流为多级管芯之和的问题。
2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
3、一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，包括第一栅极偏置电路、第二栅极偏置电路、第三栅极偏置电路、第一复用电流电路、第二复用电流电路、漏极偏置电路、晶体管t1、隔直电阻c1、隔直电容c2、去耦电容c3、隔直电容c4、去耦电容c5、晶体管t2、晶体管t3；
4、所述隔直电容c1的一端与晶体管t1的栅极连接，隔直电容c1的另一端作为射频信号输入端，所述晶体管t1的栅极与第一栅极偏置电路连接，晶体管t1的源极接地，所述第一复用电流电路的一端连接晶体管t1的漏极，第一复用电流电路的另一端连接晶体管t2的源极；
5、所述隔直电容c2的一端与晶体管t1的漏极连接，隔直电容c2的另一端与晶体管t2的栅极连接，所述晶体管t2的栅极与第二栅极偏置电路连接，晶体管t2的源极与去耦电容c3的一端连接，所述去耦电容c3的另一端接地；
6、所述隔直电容c4的一端与晶体管t2的漏极连接，隔直电容c4的另一端与晶体管t3的栅极连接，所述晶体管t3的栅极与第三栅极偏置电路连接，晶体管t3的源极与去耦电容c5的一端连接，所述去耦电容c5的另一端接地，所述晶体管t3的漏极连接漏极偏置电路，晶体管t3的漏极作为射频信号输出端。
7、本发明采用半导体工艺流片mmic电路的形式，将有源和无源器件全部集成在一块半绝缘半导体衬底上形成功能电路，进一步压缩放大器的体积，具有体积小、寄生参数影响小、一致性好的特点，适合大规模生产。
8、本发明采用三级电流复用电路结构，使得复用电流小于级联电路结构各级电流的总和，从而使得电流复用结构电路的功耗要低于常规级联结构电路的功耗。
9、进一步地，所述第一栅极偏置电路包括栅极偏置电源vg1、电阻r1、去耦电容c9、扼流电感l1、微带线tl1～3；所述隔直电容c1、微带线tl1、微带线tl2依次串联，所述隔直电容c1的非串联端输入射频信号，所述微带线tl2的非串联端与晶体管t1的栅极连接；所述栅极偏置电源vg1、电阻r1、扼流电感l1、微带线tl3依次串联，所述栅极偏置电源vg1的非串联端接地，所述去耦电容c9的一端连接在电阻r1与扼流电感l1的串联公共点上，所述去耦电容c9的另一端接地。
10、进一步地，所述第一复用电流电路包括电阻r2、扼流电感l2、扼流电感l3、微带线tl5～7、微带线tl10；所述微带线tl10的一端与晶体管t2的源极连接，微带线tl10的另一端与去耦电容c3的非接地端连接；所述微带线tl5、微带线tl7、隔直电容c2依次串联，微带线tl5的非串联端与晶体管t1的漏极连接；所述微带线tl6与扼流电感l2串联，微带线tl6的非串联端连接在微带线tl5与微带线tl7的连接公共点上，所述扼流电感l2的非串联端与扼流电感l3的一端连接，所述扼流电感l3与电阻r2并联，扼流电感l3的另一端连接在微带线tl10与去耦电容c3的连接公共点上。
11、进一步地，所述第二栅极偏置电路包括栅极偏置电源vg2、电阻r3、电阻r4、去耦电容c10、微带线tl8、微带线tl9；所述隔直电容c2、微带线tl8与微带线tl9依次串联，所述微带线tl9的非串联端与晶体管t2的栅极连接；所述栅极偏置电源vg2、电阻r3、电阻r4依次串联，所述栅极偏置电源vg2的非串联端接地，所述去耦电容c10的一端连接在电阻r3与电阻r4的串联公共点上，去耦电容c10的另一端接地，所述电阻r4的非串联端连接在微带线tl8与微带线tl9的串联公共点上。
12、进一步地，所述第二复用电流电路包括电阻r5、扼流电感l4、扼流电感l5、微带线tl11～13、微带线tl16；所述微带线tl16的一端与晶体管t3的源极连接，微带线tl16的另一端与去耦电容c5的非接地端连接；所述微带线tl11、微带线tl12、隔直电容c4依次串联，微带线tl11的非串联端与晶体管t1的漏极连接；所述微带线tl13与扼流电感l4串联，微带线tl13的非串联端连接在微带线tl11与微带线tl12的连接公共点上，所述扼流电感l4的非串联端与扼流电感l5的一端连接，所述扼流电感l5与电阻r5并联，扼流电感l5的另一端连接在微带线tl16与去耦电容c5的连接公共点上。
13、进一步地，所述第三栅极偏置电路包括栅极偏置电源vg3、电阻r6、电阻r7、去耦电容c11、微带线tl14、微带线tl15；所述隔直电容c4、微带线tl14与微带线tl15依次串联，所述微带线tl15的非串联端与晶体管t3的栅极连接；所述栅极偏置电源vg3、电阻r6、电阻r7依次串联，所述栅极偏置电源vg3的非串联端接地，所述去耦电容c11的一端连接在电阻r6与电阻r7的串联公共点上，去耦电容c11的另一端接地，所述电阻r7的非串联端连接在微带线tl14与微带线tl15的串联公共点上。
14、进一步地，所述漏极偏置电路包括漏极偏置电源vd、电阻r9、匹配电容c7、匹配电容c8、去耦电容c12、电感l7、扼流电感l8、匹配电感l9；所述电感l7、匹配电感l9、匹配电容c8依次串联，电感l7的非串联端连接晶体管t3的漏极，匹配电容c8的非串联端输出射频信号，所述匹配电容c7的一端连接在匹配电感l9与匹配电容c8的串联公共点上；所述漏极偏置电源vd、电阻r9、扼流电感l8依次串联，漏极偏置电源vd的非串联端接地，所述l8的非串联端连接在电感l7与匹配电感l9的串联公共点上，所述去耦电容c12的一端连接在电阻r9与漏极偏置电源vd的串联公共点上，去耦电容c12的另一端接地。
15、进一步地，还包括负反馈电路；所述负反馈电路包括依次串联的反馈电感l6、反馈电阻r8、反馈电容c6；所述反馈电容c6的非串联端连接在电感l7与匹配电感l9的连接公共点上，所述反馈电感l6的非串联端连接在电阻r6与电阻r7的连接公共点上。
16、本发明采用负反馈电路连接末级晶体管的栅极与漏极，减少放大器的整体增益的灵敏度对于内部参数变化的依赖，提高电路稳定性，负反馈电路在减少增益的同时会增加频率响应的宽度，使得放大器能够在更宽的频率范围内有效工作，增加了电路的带宽。
17、进一步地，还包括微带线tl4；所述晶体管t1的源极与微带线tl4的一端连接，所述微带线tl4的另一端接地。
18、进一步地，所述晶体管t1、晶体管t2、晶体管t3均为增强型e-phemt。
19、本发明采用增强型e-phemt，根据其具有的载流子迁移性能，实现在较低的功耗下提供非常低的噪声指数，提高整体电路效率。
1.一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，包括第一栅极偏置电路、第二栅极偏置电路、第三栅极偏置电路、第一复用电流电路、第二复用电流电路、漏极偏置电路、晶体管t1、隔直电阻c1、隔直电容c2、去耦电容c3、隔直电容c4、去耦电容c5、晶体管t2、晶体管t3；
2.根据权利要求1所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，所述第一栅极偏置电路包括栅极偏置电源vg1、电阻r1、去耦电容c9、扼流电感l1、微带线tl1～3；所述隔直电容c1、微带线tl1、微带线tl2依次串联，所述隔直电容c1的非串联端输入射频信号，所述微带线tl2的非串联端与晶体管t1的栅极连接；所述栅极偏置电源vg1、电阻r1、扼流电感l1、微带线tl3依次串联，所述栅极偏置电源vg1的非串联端接地，所述去耦电容c9的一端连接在电阻r1与扼流电感l1的串联公共点上，所述去耦电容c9的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，所述第一复用电流电路包括电阻r2、扼流电感l2、扼流电感l3、微带线tl5～7、微带线tl10；所述微带线tl10的一端与晶体管t2的源极连接，微带线tl10的另一端与去耦电容c3的非接地端连接；所述微带线tl5、微带线tl7、隔直电容c2依次串联，微带线tl5的非串联端与晶体管t1的漏极连接；所述微带线tl6与扼流电感l2串联，微带线tl6的非串联端连接在微带线tl5与微带线tl7的连接公共点上，所述扼流电感l2的非串联端与扼流电感l3的一端连接，所述扼流电感l3与电阻r2并联，扼流电感l3的另一端连接在微带线tl10与去耦电容c3的连接公共点上。
4.根据权利要求1所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，所述第二栅极偏置电路包括栅极偏置电源vg2、电阻r3、电阻r4、去耦电容c10、微带线tl8、微带线tl9；所述隔直电容c2、微带线tl8与微带线tl9依次串联，所述微带线tl9的非串联端与晶体管t2的栅极连接；所述栅极偏置电源vg2、电阻r3、电阻r4依次串联，所述栅极偏置电源vg2的非串联端接地，所述去耦电容c10的一端连接在电阻r3与电阻r4的串联公共点上，去耦电容c10的另一端接地，所述电阻r4的非串联端连接在微带线tl8与微带线tl9的串联公共点上。
5.根据权利要求4所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，所述第二复用电流电路包括电阻r5、扼流电感l4、扼流电感l5、微带线tl11～13、微带线tl16；所述微带线tl16的一端与晶体管t3的源极连接，微带线tl16的另一端与去耦电容c5的非接地端连接；所述微带线tl11、微带线tl12、隔直电容c4依次串联，微带线tl11的非串联端与晶体管t1的漏极连接；所述微带线tl13与扼流电感l4串联，微带线tl13的非串联端连接在微带线tl11与微带线tl12的连接公共点上，所述扼流电感l4的非串联端与扼流电感l5的一端连接，所述扼流电感l5与电阻r5并联，扼流电感l5的另一端连接在微带线tl16与去耦电容c5的连接公共点上。
6.根据权利要求1所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，所述第三栅极偏置电路包括栅极偏置电源vg3、电阻r6、电阻r7、去耦电容c11、微带线tl14、微带线tl15；所述隔直电容c4、微带线tl14与微带线tl15依次串联，所述微带线tl15的非串联端与晶体管t3的栅极连接；所述栅极偏置电源vg3、电阻r6、电阻r7依次串联，所述栅极偏置电源vg3的非串联端接地，所述去耦电容c11的一端连接在电阻r6与电阻r7的串联公共点上，去耦电容c11的另一端接地，所述电阻r7的非串联端连接在微带线tl14与微带线tl15的串联公共点上。
7.根据权利要求6所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，所述漏极偏置电路包括漏极偏置电源vd、电阻r9、匹配电容c7、匹配电容c8、去耦电容c12、电感l7、扼流电感l8、匹配电感l9；所述电感l7、匹配电感l9、匹配电容c8依次串联，电感l7的非串联端连接晶体管t3的漏极，匹配电容c8的非串联端输出射频信号，所述匹配电容c7的一端连接在匹配电感l9与匹配电容c8的串联公共点上；所述漏极偏置电源vd、电阻r9、扼流电感l8依次串联，漏极偏置电源vd的非串联端接地，所述l8的非串联端连接在电感l7与匹配电感l9的串联公共点上，所述去耦电容c12的一端连接在电阻r9与漏极偏置电源vd的串联公共点上，去耦电容c12的另一端接地。
8.根据权利要求7所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，还包括负反馈电路；所述负反馈电路包括依次串联的反馈电感l6、反馈电阻r8、反馈电容c6；所述反馈电容c6的非串联端连接在电感l7与匹配电感l9的连接公共点上，所述反馈电感l6的非串联端连接在电阻r6与电阻r7的连接公共点上。
9.根据权利要求3所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，还包括微带线tl4；所述晶体管t1的源极与微带线tl4的一端连接，所述微带线tl4的另一端接地。
10.根据权利要求1所述的一种宽带低温低功耗低噪声单片放大器，其特征在于，所述晶体管t1、晶体管t2、晶体管t3均为增强型e-phemt。
