Ka波段GaAs PHEMT单片低噪声放大器研究

摘要

随着毫米波技术的迅速发展，越来越多的通信和雷达系统被设计工作在毫米波频段，这就对毫米波集成接收前端以及毫米波单片集成电路(MMIC)有大量的需求。毫米波低噪声放大器(LNA)是毫米波集成接收前端的核心器件，它的噪声系数基本上决定了整个接收前端的噪声性能。本课题即是为研制Ka波段单片集成低噪声放大器而开展的。 本文设计的MMIcLNA选择0.15μmPHEMT(pseudomorphichighelectron-mobilitytransistor)低噪声工艺线，采用了四级共源放大的拓扑结构以获得高增益，每一级放大器针对不同的设计目标设计成各自带有输入、输出T型匹配网络的单级放大器。为了实现优良的电路性能，本文采用如下设计： 1.采用四级级联放大技术实现了26.5±2dB增益的Ka波段单片LNA。 2.在每级放大器源极串接微带负反馈电路以同时实现输入共轭匹配和噪声匹配，提高了增益，减少了噪声，保证了稳定性。 3.采用自给偏置电路供电，只需要对漏极供电VDS，减少了供电电源数目；同时将偏置电路和匹配电路用一个并联分支线来实现，减小了芯片面积、降低成本和体积。 4.采用两个Langecoupler构成平衡式结构，提高了输出功率，改善了驻波性能，提高了稳定性。 加工制作的LNA芯片面积为3.85mm×1.9mm，采用模块法进行测试，在33.5-36.5GHz频率范围内，实现增益26.5±2dB，噪声系数低于3.5dB，输入、输出回波损耗优于-8dB，在中心频率35GHz处增益达28.5dB，噪声系数为2.8dB。

目录

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第一章绪论

1.1毫米波及其特点

1.2研究LNA芯片的实际意义

1.3本研究课题的国内外现状

1.4本文研究的主要内容

第二章工艺介绍及电路设计方法

2.1 GaAs MESFET器件

2.2 GaAs HEMT／PHEMT器件

2.3实现途径

2.4设计方法

2.5 MMIC工艺简介

第三章低噪声放大器的基本理论和技术指标

3.1二端口网络理论

3.2放大器的功率增益

3.3微波晶体管放大器的噪声特性

3.4放大器的稳定性

3.5低噪声放大器的其它技术指标

第四章低噪声放大器的原理图设计

4.1电路设计方案

4.2平衡式放大器

4.3低噪声放大器的总体电路结构

4.4 Lange Coupler设计

4.5器件栅宽和直流偏置点选择

4.6直流偏置电路设计

4.6.1放大器漏压偏置电路设计

4.6.2自偏置电路设计

4.7输入共轭匹配和噪声匹配同时实现

4.8单级放大器的设计

4.8.1晶体管稳定性设计

4.8.2匹配电路设计

4.8.3电路仿真设计

4.9整体电路设计

第五章低噪声放大器的版图设计

5.1电磁仿真

5.2电路布线

5.3最综版图

第六章测试和结果分析

6.1增益、增益平坦度和驻波的测试

6.2最大输出功率的测试

6.3噪声系数测量

6.4测试结果分析与展望

第七章结论

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果