用于气象雷达接收系统低噪声放大器的设计与实现

摘要

随着气象雷达在天气预报、农林业、交通运输等领域的广泛应用，极大地改善了生活体验和生产效率，使得人们的生活方式正在发生翻天覆地的变化。Ku波段低噪声放大器（LNA）作为气象雷达系统中射频接收机前端的第一个有源器件和核心部件，其对接收机的整体性能起到非常重要的影响。然而，目前Ku波段的低噪声放大器大多基于III-V族化合物工艺设计，故成本高、集成度低。随着CMOS工艺节点的不断缩减，基于CMOS工艺设计 Ku波段低噪声放大器成为射频电路的研究热点之一。针对气象雷达接收系统对低噪声放大器的应用要求，对Ku波段低噪声放大器的拓扑结构、阻抗匹配及噪声优化等相关问题展开研究。
　　本研究主要内容包括：⑴基于UMC0.18μmCMOS工艺，设计了一种阻性负反馈共源共栅结构、源跟随器和电感峰化共源共栅结构三级级联的宽带低噪声放大器，并完成了版图绘制和后仿真。版图后仿真结果表明，噪声系数在14.8GHz处达到最小值3.3dB，且其在整个工作带宽内的波动仅为0.6dB；3-dB工作带宽为12GHz-15.3GHz，增益在14GHz处达最大值21.5dB，实现了良好的输入输出阻抗匹配；输入1-dB压缩点为-7dBm。这些结果表明，设计的低噪声放大器满足预期指标。⑵基于TSMC0.18μmCMOS工艺，设计了一种有源自偏置的源简并共源共栅结构和电流源反馈的电感峰化共源结构两级级联的低噪声放大器。同时，利用键合引线作为电感元件，对电感设计进行了讨论。最终完成版图绘制和仿真验证，进行流片。版图后仿真结果表明，NF的最小值为2.9dB，整个带宽内的波动为1dB。实测结果表明，S21的最大值为8.8dB@13.86GHz，S11<-10dB，S22<-9dB，S12<-32.5dB。S参数仿真结果和测试结果曲线图趋势一致，基本验证了设计的合理性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

1.4 论文组织结构

第2章 低噪声放大器设计基础

2.1 噪声及噪声模型

2.2 低噪声放大器的性能指标

2.3 小结

第3章 低噪声放大器的拓扑结构

3.1 低噪声放大器的传统拓扑结构

3.2 低噪声放大器拓扑结构的新进展

3.3 小结

第4章 阻性负反馈宽带低噪声放大器的设计

4.1原理图设计

4.2 版图设计及仿真分析

4.3 小结

第5章 有源自偏置低噪声放大器的设计

5.1 原理图设计

5.2 版图设计与仿真分析

5.3 小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢