4~18GHz超宽带低噪声放大器研究

摘要

超宽带低噪声放大器(LNA)是雷达、电子对抗、光纤通信、射电天文以及微波测试等接收前端的核心部件,其性能指标的高低直接影响整个电子系统的总体性能。目前,高性能的超宽带低噪声放大器国内成熟产品较少,主要靠进口。因此,自主研制高性能、低成本的超宽带低噪声放大器具有重要意义。本文针对4～18GHz超宽带LNA的技术方案设计及工程实现技术进行了深入的研究。主要研究内容包括：
　　 ⑴为了实现直流偏置电路对超宽带LNA射频扼流作用,设计了具有扼流电感效应的金丝键合线串联单层电容结构的宽带偏置电路。通过优化电路参数,在1～20GHz频带内仿真结果表明该偏置电路具有很好的RF扼流效果。
　　 ⑵基于超宽带电阻反馈放大器设计理论,采用微带混合集成电路结构形式,选用pHEMT微波超低噪声管芯EC2612作为有源器件,利用ADS仿真软件,优化设计了单级电阻并联负反馈结构的超宽带LNA的电路,得到了电路尺寸和最优反馈电阻值等优化设计参数。
　　 ⑶根据以上电路仿真结果,加工制作了一个单级电阻并联负反馈结构的超宽带低噪声放大器实验样品,通过电路调试,实测得到该LNA在4～18GHz工作频带内,增益大于7dB,输入输出驻波比小于2.5:1,噪声系数典型值3.5dB,1dB增益压缩点输出功率大于5dBm。实测结果与仿真设计结果基本吻合。同时,该放大器在4～18GHz频带内所表现出的良好的增益特性和稳定性也表明了所设计的宽带偏置电路发挥了很好的RF扼流作用。
　　 ⑷为了实现增益高、平坦度好和稳定性好的超宽带LNA,提出了一种结合分布式和反馈结构的超宽带LNA混合电路结构方案。在传统分布式放大器电路中引入负反馈电路,在1～20GHz频带内仿真优化得到了5.5±0.5dB的线性增益特性,改善了增益平坦度；为了提高负反馈分布式放大器的增益,引入了三级增益单元,通过仿真优化,在1～20GHz超宽频带内得到了19±1dB的平坦的增益特性。仿真设计结果为后续高性能超宽带LNA的实验研究打下了必要的基础。