宽带低噪声放大器单片微波集成电路

从行波放大器设计理论出发,研制了一款基于低噪声GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计的2~20 GHz单片微波集成电路(MMIC)宽带低噪声放大器。该款放大器由九级电路构成。为了进一步提高放大器的增益,采用了一个共源场效应管和一个共栅场效应管级联的拓扑结构,每级放大器采用自偏压技术实现单电源供电。测试结果表明,本款低噪声放大器在外加+5 V工作电压下,能够在2~20 GHz频率内实现小信号增益大于16 dB,增益平坦度小于±0.5 dB,输出P-1 dB大于14 dBm,噪声系数典型值为2.5 dB,输入和输出回波损耗均小于-15 dB,工作电流仅为63 mA,低噪声放大器芯片面积为3.1 mm×1.3 mm。     

Ka频段单片低噪声放大器设计

设计了一个Ka频段低噪声放大器MMIC,该芯片采用两级放大的结构,通过调节有源器件几何尺寸(栅宽和叉指数)和源极串联负反馈,减小最佳噪声匹配点(Γo)和共轭匹配点(S1*1)之间的距离,使低噪声放大器同时获得最佳噪声匹配和共轭匹配。另一方面,在源极引入串联负反馈可提高放大器的稳定性。该放大器采用商用的0.18μm pHEMT工艺制造,芯片面积为1.4×0.9mm2。把该芯片安装在测试电路上进行测试,在29~33GHz频率范围内,实现增益大于10dB,30GHz处噪声系数约为2.3dB。     

2～18 GHz GaAs超宽带低噪声放大器MMIC

基于90 nm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计并制备了一款2～18 GHz的超宽带低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC)。该款放大器具有两级共源共栅级联结构，通过负反馈实现了超宽带内的增益平坦设计。在共栅晶体管的栅极增加接地电容，提高了放大器的高频输出阻抗，进而拓宽了带宽，提高了高频增益，并降低了噪声。在片测试结果表明，在5 V单电源电压下，在2～18 GHz内该低噪声放大器小信号增益约为26.5 dB,增益平坦度小于±1 dB,1 dB压缩点输出功率大于13.5 dBm,噪声系数小于1.5 dB,输入、输出回波损耗均小于-10 dB,工作电流为100 mA,芯片面积为2 mm×1 mm。该超宽带低噪声放大器可应用于雷达接收机系统中，有利于接收机带宽、噪声系数和体积等的优化。     

1.1 dB噪声系数的单片微波集成低噪声放大器

设计与实现了一款两级赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA)。考虑到实际片上无源电感的性能(低Q值),最优噪声匹配往往不能获得最好的噪声性能,相反因为输入电感的存在会增加芯片的面积。设计旨在选择合适的输入晶体管,以免除输入电感的使用,减小芯片的面积。经过优化设计,芯片尺寸为0.8 mm×0.8 mm。测试结果表明,放大器在3.4~3.6 GHz频段内实现了1.1 dB的噪声系数以及25.8 dB的小信号增益,带内回波损耗最大值为-16.5 dB。在回波损耗小于-10 dB的范围内,电路带宽拓展到2.8~4.7 GHz,此时增益最小值为20 dB,噪声最大值为1.3 dB。     

X波段GaN MMIC低噪声放大器设计

采用SiC衬底0.25 μm AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款X波段GaN单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA).放大器采用三级级联拓扑,第一级采用源极电感匹配,在确保良好的输入回波损耗的同时优化放大器噪声系数;第三级采用电阻电容串联负反馈匹配,在尽量降低噪声系数的前提下,保证良好的增益平坦度、输出端口回波损耗以及输出功率.在片测试表明,在10 V漏级电压、-2 V栅极电压偏置下,放大器静态电流为60 mA,8～12 GHz内增益为22.5 dB,增益平坦度为±1.2 dB,输入输出回波损耗均优于-11 dB,噪声系数小于1.55 dB,1 dB增益压缩点输出功率大于11.9 dBm,其芯片尺寸为2.2 mm×1.1 mm.装配测试表明,噪声系数典型值小于1.6 dB,可承受33 dBm连续波输入功率.该X波段GaN低噪声放大器与高功率放大器工艺兼容,可以实现多功能集成,具有广阔的工程应用前景.     

5～13 GHz GaAs限幅低噪声放大器MMIC

基于0.15 μm GaAs pin二极管和GaAs PHEMT工艺,设计并实现了一款5～13 GHz限幅低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC).该MMIC中限幅器采用三级反向并联二极管结构,优化了插入损耗和耐功率性能;LNA采用两级级联设计,利用负反馈和源电感匹配,在宽带下实现平坦的增益和较小的噪声;限幅器和LNA进行一体化设计,实现了宽带耐功率和低噪声目标.测试结果表明,在5～13GHz内,该MMIC的小信号增益大于20 dB,噪声系数小于1.8 dB,耐功率大于46 dBm(2 ms脉宽,30％占空比),总功耗小于190 mW,芯片尺寸为3.3 mm×1.2 mm.限幅LNA MMIC芯片的尺寸较小,降低了组件成本,同时降低了组件装配难度,提高通道之间的一致性.     

一款130～140GHz MMIC低噪声放大器

基于90 nm栅长的InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款工作于130 ～140 GHz的MMIC低噪声放大器(LNA).该款放大器采用三级级联的双电源拓扑结构,第一级电路在确保较低的输入回波损耗的同时优化了放大器的噪声,后两级则采用最大增益的匹配方式,保证了放大器具有良好的增益平坦度和较小的输出回波损耗.在片测试结果表明,在栅、漏极偏置电压分别为-0.25 V和3V的工作条件下,该放大器在130～ 140 GHz工作频带内噪声系数小于6.5 dB,增益为18 dB±1.5 dB,输入电压驻波比小于2:1,输出电压驻波比小于3:1.芯片面积为1.70 mm×1.10 mm.该低噪声放大器有望应用于D波段的收发系统中.     

一种新颖的具有HEMT和GaAs MMIC的Ku波段低噪声放大器

本文介绍了一种具有高电子迁移率晶体管(HEMT)和砷化镓单片微波集成电路(GaAs MMIC)的Ku波段低噪声放大器。在11.7～12.2GHz频率范围内,该放大器的噪声系数小于1.9dB,相关增益大于27dB,输入和输出驻波比小于1.4。放大器第一级采用了HEMT和微波串联电感反馈技术,放大器未级采用了Ku波段GsAs MMIC。设计的关键是采用微波串联电感反馈方法同时获得最佳噪声和最小输入驻波匹配。放大器的输入端和输出端均为BJ-120波导。     

超低功耗Q波段低噪声放大器芯片的设计和实现

采用GaAs赝配HEMT单片微波集成电路(MMIC)工艺和堆栈偏置技术设计实现了一款Q波段低噪声放大器(LNA)芯片.该放大器采用4级级联的堆栈偏置拓扑结构,前两级电路在确保较低输入回波损耗的同时优化了放大器的噪声系数,后两级电路则采用最大增益的匹配方式,确保放大器具有良好的增益平坦度和较小的输出回波损耗.该LNA芯片最终尺寸为3 250 μm×1 500 μm,实测结果表明在40～46 GHz工作频率内放大器工作稳定,小信号增益大于23 dB,噪声系数小于3.0 dB,在4.5V工作电压下消耗电流约6 mA.此外,在片实测结果和设计结果符合良好.     

2.8～4.2GHz MMIC低噪声放大器

报道了基于0.25μm GaAs PHEMT工艺的2.8～4.2GHz MMIC低噪声放大器,详细介绍和分析了低噪声放大器的器件基础和设计原理,设计采用源极串联电感负反馈方法使输入阻抗共轭匹配和最小噪声匹配趋于一致,偏置网络采用自偏置栅压、单电源供电,并用ADS软件仿真。电路评估板选用Rogers RO4350B,在2.8～4.2GHz频段内测得增益大于20dB、增益平坦度小于2.5dB、噪声系数小于2.3dB、输入输出驻波比小于2.0。     

12~18 GHz GaAs MMIC低噪声放大器设计

采用GaAs工艺设计了一个12~18 GHz毫米波单片集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA)。采用三级单电源供电放大结构,运用最小噪声匹配设计、共轭匹配技术和负反馈结构,同时满足了噪声系数、增益平坦度和输出功率等要求。仿真表明：在12~18 GHz的工作频带内,噪声系数为1.15~1.41 dB,增益为27.9~29.1 dB,输出1 dB压缩点达到15 dBm,输入、输出电压驻波比(VSWR)系数小于1.72。     

Ka波段单片低噪声放大器

利用0.25 μm GaAs PHEMT工艺设计并制作了一种Ka波段低噪声放大器芯片.提出了适用于低噪声放大器的PHEMT器件特征.电路采用四级级联结构.利用微带电路实现输入、输出和级间匹配.通过对电路增益、噪声系数和驻波比等指标进行多目标优化,确定了器件参数.该放大器测试结果为:26.5～36 GHz频段内增益大于20 dB;多数测试点噪声系数小于3 dB,其中34 GHz频点噪声仅为1.94 dB;芯片面积2.88 mm×1 mm.     

0.8～8.5 GHz宽带单片低噪声放大器

利用负反馈放大器设计原理,采用GaAs PHEMT工艺技术,设计制作了一种微波宽带GaAs PHEMT低噪声放大器芯片,并给出了详细测试曲线.该放大器由两级组成,采用负反馈结构,工作频率0.8～8.5 GHz,整个带内功率增益19 dB,噪声系数1.55 dB,增益平坦度小于±0.7 dB,输入驻波比1.6,输出驻波比1.8,1 dB压缩点输出功率大于10 dBm,芯片内部集成偏置电路,单电源 5 V供电,芯片具有良好的温度特性.该芯片面积为2.5 mm × 1.2 mm.     

X波段平衡式限幅低噪声放大器MMIC

为满足接收机的小型化需求，基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款用于8～12 GHz的平衡式限幅低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC)。将Lange电桥、限幅器、LNA集成在同一衬底上，Lange电桥采用异形设计，芯片比传统尺寸降低30%以上；限幅器级间采用电感匹配结构，提升MMIC的工作带宽；LNA采用并联负反馈、源极电感负反馈以及电流复用拓扑结构，实现超低功耗和良好的稳定性。芯片采用整体最优化设计，在片测试结果表明，在工作频带内，限幅LNA MMIC芯片的增益为(25±0.2)dB(去除1 dB斜率),噪声系数小于1.6 dB,总功耗小于100 mW,耐功率大于46 dBm,该芯片尺寸为2.8 mm×2.4 mm,充分体现了集成工艺的性能和尺寸优势。     

基于GaAs pHEMT的1.0～2.4 GHz放大衰减多功能芯片

基于0.25 μm GaAs赝高电子迁移晶体管(pHEMT)工艺,研制了一种1.0～2.4 GHz的放大衰减多功能芯片,该芯片具有低噪声、高线性度和增益可数控调节等特点。电路由第一级低噪声放大器、4位数控衰减器、第二级低噪声放大器依次级联构成,同时在片上集成了TTL驱动电路。为获得较大的增益和良好的线性度,两级低噪声放大器均采用共源共栅结构(Cascode)。测试结果表明,在1.0～2.4 GHz频带范围内,该芯片基态小信号增益约为36 dB,噪声系数小于1.8 dB,输出1 dB压缩点功率大于16 dBm,增益调节范围为15 dB,调节步进1 dB,衰减RMS误差小于0.3 dB,输入输出电压驻波比小于1.5。其中放大器采用单电源+5 V供电,静态电流小于110 mA,TTL驱动电路采用-5 V供电,静态功耗小于3 mA。整个芯片的尺寸为3.5 mm×1.5 mm×0.1 mm。     

4～20GHz超宽带低噪声放大器单片电路

采用分布式放大器设计原理,基于GaAs PHEMT低噪声工艺技术,研制了一款超宽带低噪声放大器单片电路。该款放大器选用分布式拓扑结构,由五级电路构成,为了进一步提高分布式放大器的增益,在每一级又采用了两个场效应晶体管(FET)串联结构。放大器采用了自偏压单电源供电,因为每级有两个FET串联,自偏压电路更为复杂,通过多个电阻分压的方式确定了每个FET的工作点。测试结果表明,该放大器在频率4～20 GHz内,增益大于14 dB,噪声系数小于3.0 dB,增益平坦度小于±1.0 dB,输入驻波比小于1.5∶1,输出驻波比小于1.8∶1,1 dB压缩点输出功率大于10 dBm。放大器的工作电压为8 V,电流约为50 mA,芯片面积为2.0 mm×2.0 mm。     

基于70 nm InP HEMT工艺的230～250 GHz低噪声放大器设计

基于70 nm InP HEMT工艺,设计了一款五级共源放大级联结构230～250 GHz低噪声太赫兹单片集成电路（TMIC）。该放大器采用扇形线和微带线构成栅极和源极直流偏置网络,用以隔离射频信号和直流偏置信号;基于噪声匹配技术设计了放大器的第一级和第二级,基于功率匹配技术设计了中间两级,最后一级重点完成输出匹配。在片测试结果表明,230～250 GHz频率范围内,低噪声放大器的小信号增益大于20 dB。采用Y因子法对封装后的低噪声放大器模块完成了噪声测试,频率为243～248 GHz时该MMIC放大器噪声系数优于7.5 dB,与HBT和CMOS工艺相比,基于HEMT工艺的低噪声放大器具有3 dB以上的噪声系数优势。     

具有带外抑制特性的Ka波段低功耗低噪声放大器

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,成功研制了一款30~34 GHz频带内具有带外抑制特性的低功耗低噪声放大器(LNA)微波单片集成电路(MMIC)。该MMIC集成了滤波器和LNA,其中滤波器采用陷波器结构,可实现较低的插入损耗和较好的带外抑制特性;LNA采用单电源和电流复用结构,实现较高的增益和较低的功耗。测试结果表明,该MMIC芯片在30~34 GHz频带内,增益大于28 dB,噪声系数小于2.8 dB,功耗小于60 mW,在17~19 GHz频带内带外抑制比小于-35 dBc。芯片尺寸为2.40 mm×1.00 mm。该LNA MMIC可应用于毫米波T/R系统中。     

基于GaAs PHEMT的5～12 GHz收发一体多功能芯片

基于GaAs赝高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一种5～ 12 GHz的收发一体多功能芯片(T/R MFC),其具有噪声低、增益高和中等功率等特点.电路由低噪声放大器和多个单刀双掷(SPDT)开关构成.为了获得较低的噪声系数和较大的增益,低噪声放大器采用自偏置三级级联拓扑结构;为了获得较高的隔离度和较低的插入损耗,SPDT开关采用串并联结构.测试结果表明,在5～ 12 GHz频段内,收发一体多功能芯片的小信号增益大于26 dB,噪声系数小于4 dB,输入/输出电压驻波比小于2.0,1 dB压缩点输出功率大于15 dBm.其中,放大器为单电源5V供电,静态电流小于120 mA;开关控制电压为-5 V/0 V.芯片尺寸为2.65 mm×2.0 mm.     

毫米波GaAs单片限幅低噪声放大器

设计了一款毫米波GaAs单片限幅低噪声放大器。限幅器采用两级反向并联二极管结构,通过优化限幅器匹配电路,增大了限幅器的耐功率,降低了限幅电路的插损。低噪声放大器为四级级联设计,输入端采用最小噪声匹配,偏置电路增加RC串联谐振电路,减小了噪声,提高了电路稳定性。测试结果表明,该毫米波GaAs单片限幅低噪声放大器在33～37 GHz频带内,增益达到22 dB,增益平坦为±1 dB,输入驻波小于2,输出驻波小于1.5,噪声小于3.0 dB,输出1 dB增益压缩点(P_(1dB))大于5 dBm,可以承受15 W的脉冲输入功率。