X波段单片低噪声放大器芯片
x波段tr组件
x波段tr组件
X波段TR组件是一种电子元件，常用于无线通信系统中。
它的功能是接收和发送无线信号，能够在X波段频率范围内进行信号传输。
TR组件可以实现频率的转换和放大，并提供高速、低功耗的信号处理能力。
X波段TR组件由多个子模块组成，包括低噪声放大器、混频器、功率放大器等。
低噪声放大器用于放大接收信号，以便后续的信号处理。
混频器则用于将接收到的信号的频率转换到其他频率，以实现不同频段的通信。
功率放大器则用于增强发送信号的功率，以实现较远距离的传输。
X波段TR组件具有多种应用场景。
它可以被广泛应用于雷达系统、无线电通信系统等领域。
在雷达系统中，TR组件能够接收和发送雷达脉冲信号，实现目标检测和跟踪。
在无线电通信系统中，TR组件能够接收和发送语音、数据等无线信号，实现无线通信功能。
总的来说，X波段TR组件是一种重要的电子元件，它在无线通信系统中起到关键作用。
通过对信号的转换和放大，它能够实现高速、低功耗的信号传输，广泛应用于雷达系统、无线电通信系统等领域。
低噪声放大器 核心参数
低噪声放大器核心参数低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）是一种用于增加信号幅度而又尽量减小噪声的放大器。
在无线通信、雷达、卫星通信和其他接收系统中，低噪声放大器起到了至关重要的作用。
为了设计出性能优越的低噪声放大器，需要对其核心参数有深入的了解。
在本文中，我们将详细介绍低噪声放大器的核心参数，并对其进行分析和讨论。
1. 噪声指标低噪声放大器最为重要的参数之一就是噪声指标。
噪声指标通常用于描述放大器在增益条件下的噪声性能。
常见的噪声指标包括噪声系数（Noise Figure，NF）、噪声温度（Noise Temperature，Tn）、噪声系数与增益的乘积（Gain Bandwidth Product，GBP）等。
噪声系数是描述放大器引入信号噪声的指标，一般以分贝（dB）为单位，数值越小代表噪声性能越好。
而噪声温度描述了放大器引入的噪声相当于理想传输线路引入的噪声温度，单位为开尔文（K）。
噪声系数与增益的乘积则是评价放大器噪声性能的综合指标。
2. 增益增益是低噪声放大器的另一个核心参数。
增益表示放大器输出信号与输入信号的幅度比值，通常用分贝（dB）表示。
增益越大意味着放大器输出信号的幅度增加的越多，但也需要注意，在增益增大的同时可能会伴随着噪声的增加。
低噪声放大器需要在保证足够增益的前提下尽量减小噪声。
3. 带宽低噪声放大器的带宽也是一个重要参数。
带宽指的是在放大器工作范围内的频率范围，通常用赫兹（Hz）表示。
低噪声放大器需要具有足够的带宽，以确保对输入信号的覆盖范围足够广，同时也需要避免出现频率失真等问题。
4. 饱和输入功率饱和输入功率也是低噪声放大器的重要参数之一。
饱和输入功率指的是在放大器输出的信号出现压制之前，输入信号的功率大小。
通常用分贝毫瓦（dBm）来表示。
饱和输入功率越大，意味着放大器能够承受更大的输入信号功率而不至于出现失真等问题。
5. 稳定性低噪声放大器的稳定性也是一个重要的核心参数。
X波段芯片的发展
CAIXUN财讯－74－X波段芯片的发展□ 中国计量大学现代科技学院 金 铭 章 珺/ 文 x波段根据IEEE 521－2002标准，X波段是指频率在8－12 GHz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波。
而在某些场合中，X波段的频率范围则为7－11.2 GHz。
通俗而言，X波段中的X即英语中的“extended”，表示“扩展的”调幅广播。
简介X波段通常的下行频率为7.25－7.75 GHz，上行频率为7.9－8.4 GHz，也常被称为7/8 GHz波段（英语：8/7 GHz X－band）。
而NASA和欧洲空间局的深空站通用的X波段通信频率范围则为上行7145－7235 MHz，下行8400－8500 MHz。
根据国际电信联盟无线电规则第8条，X频段在空间应用方面有空间研究、广播卫星、固定通讯业务卫星、地球探测卫星、气象卫星等用途。
雨衰减对X 频段的信号传输有一定的影响。
X芯片的类型主要包括有TR组件功率放大器芯片、X波段相控阵雷达单片微波集成电路芯片、X波段单片集成电路功率放大芯片、X波段GaAs多功能MMIC 芯片。
下面主要讲一下MMIC芯片的发展历程。
近几十年来，有源相控阵技术由于具有多功能，抗干扰能力强等特点在现代雷达中的作用显得更加突出，但其研制成本高。
随着雷达作用距离的增加，跟踪目标批次的增多和制导精度的提高，使得雷达的工作频段和功率不断提高，阵面规模更加庞大复杂。
因此在整个有源相控阵雷达中，有源阵面占有整个雷达70%左右的成本，而有源阵面的核心部件是收发组件（即T/R组件）。
例如工作在X波段的预警测量雷达，其有源阵面由上万个T/R组件构成，因此如何降低T/R组件的成本也成为组件设计师必须考虑的问题。
T/R组件的成本通常由器件成本，结构成本，研制开发成本、制造成本和人员工资成本等组成。
但常规设计1个T/R组件时，系统设计师往往针对器件成本控制关注的较多，而对其他成本的控制相对较弱，例如针对结构工艺成本的控制等，实际上T/R组件的成本控制是一个综合成本的控制。
X波段低温低噪声宽带放大器的研究
第30卷 第2期2007年4月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.2Ap r.2007Resear ch of a X 2B and L ow N oise Wideban d Cr yogenic Amplif ier 3WU D on g 2sh en g1,2,D E N G H ong 2bi n31.Depa rt ment of Comp ut er &Elect ronic Engi neer in g ,Anhui Inst it ut e of Archi tect ure &I ndust r y ,Hef ei 230022,Chi na;2.Depa rt ment of Microwave Inst it ut e of Pl asma P h ys ics Chi nese Academy of S ci ence ,Hef ei 230031,Chi na;3.Hef ei Ins ti t ute of cryogeni cs &el ect ronics.Hef ei 230043,Chi naAbstract :Cryogenic low 2noi se amplifiers were developed for f requency bands of 8～10GHz usi ng high elec 2t ron mobilit y t ransi st or.The Cryogenic performances of H EM T devices a nd microst rip lines are descri bed.Wit h t he help of t he t echnology of mat ching in broad microwa ve band ,a Cryogenic low 2noise ampl ifiers was desi gned and ma nufact ured.At li quid nit rogen t emperat ure ,i n t he f reque ncy of band ra nge from 8GHz to 10GHz ,t he cryoge nic LNA ca n achieve followi ng performance :gai n more t han 26dB ,noise fi gure less t hen 0.4dB.K ey w or ds :amplifier ;low noi se ;cryoge ni c temperat ure ;H EM T (high electron mobilit y transi stors )EEACC :1350HX 波段低温低噪声宽带放大器的研究3吴东升1,2,邓红斌31.安徽建筑工业学院计算机与电子信息工程系,合肥230022;2.中国科学院等离子体研究所,微波室,合肥230031;3.合肥低温电子研究所,合肥230043收稿日期6282基金项目安徽省教育厅重点基金资助(6j )作者简介吴东升(662),男,博士研究生,副教授,从事微波、超导和低温电子器件等方面的研究,_@摘 要:阐述利用H EM T 微波器件在低温下噪声显著降低的特性,研制X 波段低温低噪声放大器的过程.分析了在低温下HEM T 器件良好的噪声特性和微带线插损显著降低的特点.采用微波宽带匹配技术,设计并制作出宽带低温低噪声放大器.在液氮温区,其主要性能指标为:工作频率8～10GHz ,增益>26dB ,噪声系数≤0.4dB.关键词:放大器;低噪声;低温;HEM T 中图分类号:TN 722.2 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)022******* 低噪声微波放大器在雷达、导航、电子对抗、移动通讯、卫星通讯、射电天文和空间技术等科学领域有着十分广泛的应用,它的性能好坏直接影响到整个系统的性能[122].随着微波技术的迅速发展,微波管和微波器件、组件的噪声已得到有效地降低,但是在常温下由于其固有噪声(比如:热噪声、闪烁噪声和沟道噪声)限制,难以得到更进一步的提高,很难满足微波接收系统对系统噪声越来越低、灵敏度越来越高的要求.针对微波系统对系统噪声要求低、灵敏度要求高的需要,利用在低温下器件的热噪声显著降低的特性,研究低温低噪声微波放大器尤其重要.国外发达国家十分重视研究开发低温低噪声微波器件与系统,已研制成功1～40GHz 的低温低噪声放大组件,其噪声特性与常温同类器件相比有十分显著的改善[3].在12K(-261℃)时,输入噪声温度<0.6K /GHz (在3.4～4.6GHz 频带内,LN A 噪声温度为2.8K ;在4～8GHz 频带内,噪声温度为5K;在8～9GHz 频带范围内,L NA 噪声温度为6K )[4].特别是九十年代后,随着超导材料应用的发展,采用高温超导材料制备的滤波器表现出前所未有的高性能(极低插入损耗,高的矩形系数).高温超导滤波器与8:200007:200k 020A :19do n g sh en g w ip 低温低噪声放大器(L NA )相结合组成半导体-超导体混合微波电路,具有优越的性能指标,超导滤波器与低温低噪声放大器(L NA )的接收前端系统总噪声约为0.5dB ,而与相对应的常规系统噪声为2∽3dB ,应用于系统,显示了十分诱人的前景[527].本文分析了在低温下HEMT 器件的噪声和微带线的插损显著降低的特性.并利用这些特性,设计并制作出了宽带低温低噪声放大器.其主要性能指标为:工作频率8～10GHz ,增益>26dB ,噪声系数≤0.4dB.1 低温噪声特性1.1 HEMT 器件的低温噪声特性微波管的性能的好坏是放大器性能的关键,低噪声放大器通常采用高电子迁移率晶体管(H EMT ),它是一种异质结场效应晶体管,具有良好的低温特性.虽然在常温下具有高的电子迁移率,但是在低温下电子迁移率比常温下更高.构成HEM T 的半导体材料是GaAs 和Al 2G aAs ,其电子迁移率的公式为:1μ=m 3q (BN i T 3/2+A T 3/2+Ce hv 1/KT-1)(1)式中,B N i T 3/2是电离杂质散射项,A T3/2是声学波散射项,Cehv 1/KT-1是光学波散射项,m 3为载流子的有效质量,N i 为掺杂浓度,υ1为纵光学波震动频率,h υ1为对应的声子能量.由于H EM T 沟道的掺杂浓度N i 比较低,所以B N iT3/2项对μ影响很小.由此,迁移率μ随温度T 的下降而增大.这就使得H EM T 器件在低温时具有更高的频率、更低的噪声、更高的跨导和更大的电流处理能力[8].对于一个场效应晶体管,它的最小噪声温度可以近似表述为:T min =KωC gs t (R g +R s )g m +K rg 2m(2)式中,R g 和R s 是寄生电阻,g m 是跨导,K 和K r 是噪声系数,t =T a /290,T a 是器件的物理温度.在低温状态下,当T a <15K 时t <0.07,同时寄生电阻R g 和R s 对一个好的噪声器件都比较小.所以第二项K rg 2m对于最小噪声温度起了决定性作用.因为M T 在低温时跨导大,所以噪声较低,同时跨导是晶体管的增益系数,表达器件对电流的放大能力,栅对沟道的控制能力,因此低温下增益增大[]我们选用超高电子迁移率晶体管F HX13L G .它的低温特性如下图1所示.可以看出噪声随温度的降低而减小,增益随温度的降低而增大.图1 F HX13L G 的噪声、增益与环境温度之间关系曲线1.2 输入匹配电路和接头的低温特性放大器的输入匹配网络和SMA 接头都是有耗网络,它们的插损直接影响着放大器的噪声,我们使用Rogers 公司微波基片,匹配网络采用微带结构.微带线的插入损耗主要由三部分组成:导体损耗、介质损耗和辐射损耗.由于介质损耗和辐射损耗比较小,所以微带线的插入损耗主要导体损耗决定.SMA 接头主要是导体损耗.导体损耗与微波表面电阻成正比,Cu 的微波表面电阻随温度的降低而变小,因此在低温下有耗网络的插入损耗减小,对放大器噪声的贡献随之变小.2 低噪声放大器的设计2.1 低噪声设计为了满足增益要求,采用两级级联形结构.级联形结构的噪声特性如下:F =F 1+F 2-1G 1(3)F 1、F 2分别为第一、二级的噪声系数,G 1为第一级的增益,第一级的噪声尤为重要.对于一个晶体管的双端口网络的的噪声系数可以描述为:F =F min+4R n Z 0|Γs -Γopt |2(1+|Γ|2)×|1+Γopt |2(4)式中F min 为晶体管的最小噪声系数,Γop t 为获得F min时的源发射系数,Γs 为源发射系数,R n 为等效噪声电阻.因此Γs =Γopt 时网络噪声最小,但是实现最佳噪声匹配引起的输入端功率失配.因此为了获得低噪声,我们选择低噪声H EM T 管F HX13L G ,同时第一级采用最小噪声设计.2.2 稳定性放大器只有稳定才能正常工作.若LN A 不是在全频带无条件稳定,就可能在接入馈源后发生自激.因此在设计时,放大器是否稳定十分重要,稳定性取决于晶体管的S 参数、匹配网络和终端条件由于是低温放大器,在低温下晶体管的S 参数,微波基片的参数发生变化,因此要求绝对稳定绝对稳074电 子 器 件第30卷8HE 9...定满足的条件是:k =1-|S 11|2-|S 22|2+|Δ|22|S 12S 21|>1|Δ|=|S 11S 22-S 12S 21|<1(5)这时电路是绝对稳定的,不会因为信号源或负载的变化而产生振荡.否则电路是有条件稳定并存在潜在的不稳定性,可能因为电源的扰动或负载的变化而导致自激振荡[10].为此我们级间匹配网络加一个有耗网络保证它的绝对稳定性.2.3 宽带及匹配网络宽带放大器的设计就是要求在一个较宽的频率范围内,保持放大器的增益不变.也就是要适当地设计匹配网络或反馈网络,以补偿|S 21|随频率的变化.晶体管的功率增益随着频率的增加以6dB /倍频程下降,设计宽带放大器时必须使用相应的方法补偿此增益下降,且保证整个频带内的稳定性,因此要考虑宽频带阻抗匹配.我们工作频率为8～10GHz ,频带较宽.为此,①选用高端频率点参数进行设计,使通带高端共扼匹配,低端引入适当的失配,来补偿增益随频率下降;②采用负反馈网络,以压低低频端的增益,改善放大器的输入输出匹配,使放大器具有频带宽、线性好、工作稳定的特点,且频带内能获得较低的V SWR 、良好的增益平坦性,但略微增加噪声.负反馈网络如图2所示:图2 放大器第二级负反馈网络采用两级放大器结构,匹配网络包括输入、级间和输出级匹配网络.第一级采用最小噪声设计,第二级按照最大增益设计.3 低噪声放大器实验结果在Roger s 公司的微波基片上实现两级低温低噪声放大器,利用Ansoft 微波设计软件进行模拟仿真,设计过程中采用的是放大管常温S 参量和噪声参数,虽然模拟指标很好,但是缺少晶体管、微波基片的低温参数,同时电路中使用的电感、电容、电阻等分立元件模型不够准确,实测低温性能与模拟指标存在偏差,须通过反复实验、修正,才能获得良好的低温性能通过实验最终制作的放大器实物照片如图3所示在K (液氮温区),用Y 因子法测得性能指标如图所示主要技术达到指标为工作频率8～10GHz ,增益>26dB ,噪声系数≤0.4dB.图3 低温放大器实物照片 图4 低温放大器噪声、增益实验结果曲线4 结论通过加入负反馈网络和有耗网络实现宽带、稳定和噪声低的低温低噪声放大器,在77K 获得良好的性能指标.实验得到,放大器的噪声在低温状态下有了明显的降低,放大器增益增大.这是由于温度的降低,提高了电子迁移率,跨导增大,使晶体管的噪声减小、增益增大,同时微带电路和接头的插入损耗降低引起的,实验现象与理论上是吻合的.这种低温低噪声放大器组成半导体-超导体混合微波电路,在微波领域将会具有很大的应用价值.参考文献:[1] Wadefal k N ,et al.,Cryo genic W i de 2Ban d Ul t ra 2Lo w 2Noise IFAm p lifi er s Operati ng at Ult ra 2Low DC P o wer [J ],IE EE Trans.Microw.Theory Tech.,J un.2003,51(6):170521711.[2] R o m anof sky Robert R.A C ryogenic K 2Band Gro und T erminal forNASA ’S Direct 2Data 2Di s t ri but ion S pace Experi m ent [J ]。
低噪声放大器
低噪声放大器1. 引言低噪声放大器（Low-Noise Amplifier，LNA）是一种广泛应用于无线通信系统中的重要电路器件。
它的主要功能是将来自天线的微弱信号放大到一个足够强度，以便后续电路可以有效地处理。
在无线通信系统中，LNAs通常作为接收链路的第一级放大器，承担着放大微弱信号、增加系统灵敏度、提高信噪比的关键任务。
本文将介绍低噪声放大器的工作原理、性能指标以及常见的设计技术，希望能帮助读者更好地理解和应用低噪声放大器。
2. 工作原理低噪声放大器的工作原理与一般放大器相似，都是通过引入外部直流电源，利用放大元件（例如晶体管）的放大特性，将输入信号放大到所需的幅度。
与一般放大器不同的是，低噪声放大器在设计上注重将输入端的噪声最小化。
这是因为在无线通信系统中，接收链路中的噪声是非常重要的考量因素。
LNAs需要尽可能地放大微弱信号，同时不引入过多的噪声，以保持系统的信噪比。
为了实现低噪声的放大，低噪声放大器采用了一系列的设计技术和电路拓扑。
接下来，我们将介绍一些常见的设计技术。
3. 设计技术3.1 硅锗杂化放大器硅锗杂化放大器是一种常见的低噪声放大器设计技术。
它采用硅和锗两种材料的结合，兼具硅和锗的优点。
硅材料具有良好的集成性能和工艺制造能力，而锗材料具有较高的迁移率和较低的噪声系数。
因此，硅锗杂化放大器能够在保持良好集成性能的同时，实现较低的噪声指标。
3.2 噪声系数优化噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要指标之一。
为了优化噪声系数，设计者可以采用一系列的技术手段，例如：•尽量采用低噪声的放大元件，例如高迁移率的晶体管；•优化电源的供电电压和电流，以减小噪声；•使用电流源对放大电路进行偏置，以提高放大器的线性度。
3.3 反馈放大器设计反馈放大器是一种常用的放大器设计技术，也可以应用于低噪声放大器的设计中。
通过适当选择反馈回路的参数和拓扑结构，可以有效地减小放大器的噪声系数。
在反馈放大器中，一部分输出信号经过反馈回路与输入信号相叠加，形成反馈信号，从而减小噪声。
lna芯片
lna芯片LNA芯片（低噪声放大器芯片）是一种常用于无线通信和射频应用的集成电路芯片，用于放大收信机输入信号的弱小成分并降低噪声引入。
它是无线通信系统中的一个重要组成部分，常见于蜂窝网络、卫星通信、无线局域网等应用中。
LNA芯片的主要功能是将从天线接收到的微弱信号进行放大，以增加信号的强度，使其能够被后续的处理电路较好地识别和处理。
同时，LNA芯片还需要具备较低的噪声指标，以减小系统的噪声引入，提高系统的信噪比。
因此，能够同时实现低噪声放大和高增益是LNA芯片的核心要求。
为了实现低噪声和高增益，LNA芯片通常采用多级放大的结构，其中每一级放大器都通过特定的设计方法，如电流源反馈、共源共栅等以提高整体的性能。
同时，采用高频预标定技术来优化电路参数，进一步提高LNA芯片的性能。
在LNA芯片的设计中，需要考虑以下几个关键因素：首先是工作频率范围。
不同的应用需要LNA芯片在不同的频率范围内工作，因此需要根据具体的应用需求来确定芯片的工作频率范围。
其次是增益要求。
不同的应用对信号的增益要求不同，因此需要根据应用需求设计合适的增益。
第三是噪声指标。
与增益要求类似，不同的应用对噪声的要求也不同，因此需要根据具体应用的需求来进行噪声指标的设计和优化。
此外，LNA芯片还需要考虑功耗和面积的限制。
由于通信设备对功耗和芯片面积有一定的要求，因此在LNA芯片的设计中需要考虑如何在满足性能需求的前提下尽可能地降低功耗和减小芯片面积。
总之，LNA芯片是无线通信和射频应用中的重要组成部分，具有放大信号和降低噪声的功能。
在设计LNA芯片时，需要考虑工作频率范围、增益要求、噪声指标、功耗和面积等因素，以满足不同应用的需求。
随着无线通信技术的不断发展，LNA芯片的设计和性能将继续得到改进和优化。
X波段低噪声放大器的设计
Ｗ ＡＮＧ Ｈｏ ｇ ｍｅ ，ＲＥ Ｍｉｎ ｎ— ｉ Ｎ ａ
（ｈ ５ｈＲ ｓａｃ ｎｔｕ ｈｎ ｌｃ ｏ ｉ Ｔ ｃｎｌｇ ｒｕ Ｎ ｎｉ １０ ６ Ｃ ｉ ） Ｔｅ５ ｔ ｅｅｒｈＩｓｉ ｔ ｏ ｉａＥｅ ｔ ｎｃ ｅｈｏｏｙＧｏｐ， ａｊ ｇ２ ０ １ ， ｎ ｔ ｅ ｆＣ ｒ ｎ ｈ ａ
摘 要 ：为 了 实 现 Ｘ 波 段 的 低 噪 声放 大 器 ， 绍 了按 最 小噪 声 系数 设 计 ， 用 两 级 级 联 。 用 Ｅ ｄ ｎ 介 采 利 ｕ ｙａ公 司 的 ＨＥ ＭＴ晶 体 管设 计 制 作 的低 噪 声放 大 器 。通 过 专 用微 波 电路 设 计 软 件 （ ＷＲ）对 该 电路 的稳 定 系数 、 率 增 益 、 声 系数 、 Ａ ， 功 噪 驻
0.18μm CMOS X波段接收机射频前端设计
文章编号 ：１ ０ ０ ７ － ０ ２ ４ ９（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ２ １ ７ — ０ ６
电 路 与 系 统 学 报
Ｊ ０ＵＲ ＮＡＬ ０Ｆ ＣＩ ＲＣＵＩ Ｔ Ｓ ＡＮＤ Ｓ ＹＳ Ｔ ＥＭ Ｓ
ＶＯ １ ． １ ８ ＮＯ ． ２ Ａｐ ｉｌ ｒ ，２ ０ １ ３
【 ¨】
。
接 收 机 射 频 前 端 采 用 全差 分模 式 并且 提 供 一个 方 便 中频 处 理 的 ２ ＧＨ ｚ的 中频 。
修 订 日期 ：２ ０ １ ２ － １ １ — ０ ７
・ 收稿 日期 ｔ ２ ０ １ ２ ． １ ０ １ ２
０ ． １ ８ ｐ ｍ ＣＭＯＳ Ｘ 波 段 接 收 机 射 频 前 端 设 计
龙 强， 庄奕琪 ， 阴珥 ， 李 振 荣
（ 西 安 电子 科 技 大 学 微 电子 学 院 ，宽 禁 带 半 导 体 材 料 与 器 件 重 点 实 验 室 ， 陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ７ １ ）
接 收 机 必 须 具 有 较 高 的灵 敏 度 ， 即射 频 前 端 的噪 声 系 数 必 须 足 够 低 以从 天 线 上检 测微 弱 的信 号 。射 频
前 端 还 必 须 具 有 较 高 的转 换 增 益 以满 足 较 宽 的输 入 信 号 动 态 范 围并 且 克 服 接 收机 中 频模 块 的 噪声 影 响
提 供 较 好 的 回波 损 耗 、 较 低 的 噪 声 系 数 、 较 高 的 线 性 度 和 较 高 的转 换 增 益 。但 是 这 些 部 件 极 少 采 用
Ｃ ＭＯＳ 工 艺 实 现 ，因此 射 频 前 端 成 为ｘ波 段射 频 接 收机 大 规 模 集 成 的瓶 颈 。本 文 给 出 了 一个 采 用 ０ ． １ ８ ｇ ｍ
2～18 GHz超宽带低噪声放大器芯片研制
2～18 GHz超宽带低噪声放大器芯片研制文晓敏;李斌【摘要】低噪声放大器在射电天文望远镜接收机中是一个重要的前端组件,其性能对接收机的灵敏度和噪声有至关重要的影响。
采用OMMIC公司70 nm GaAs mHEMT工艺研究和设计了一款工作频率为2~18 GHz的超宽带单片微波集成低噪声放大器芯片,芯片面积为2 mm×1 mm。
放大器电路采用三级级联放大、双电源供电拓扑结构,常温在片测试结果显示,全频带增益大于28 dB,噪声温度平均值为93 K,直流功耗150 mW,无条件稳定。
该放大器芯片覆盖了射电天文S,C,X,Ku 4个传统观测波段,适用于厘米波段超宽带接收前端和毫米波段超宽带中频放大模块。
【期刊名称】《天文研究与技术－国家天文台台刊》【年(卷),期】2019(16)3【总页数】7页(P278-284)【关键词】低噪声放大器;GaAs;mHEMT;超宽带;单片微波集成电路【作者】文晓敏;李斌【作者单位】中国科学院上海天文台,上海200030;中国科学院大学,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TN722.3作为射电天文望远镜接收机前端的核心器件，低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)不仅要将天线接收到的来自外太空的微弱信号进行低噪声放大，还要求具有较高的增益抑制后级链路的噪声，保持接收系统的灵敏度。
单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuits, MMIC)形式的低噪声放大器芯片是实现超宽带、低噪声、高增益器件的重要途径。
变组分高电子迁移率晶体管(Metamorphic High-eletron-mobility Transistor, mHEMT) 具有高频、高功率及噪声性能好的优点，广泛应用于雷达、遥感、辐射测量等领域[1]。
本文设计单片微波集成电路低噪声放大器芯片所用的OMMIC D007IH mHEMT工艺，拥有70 nm栅长和高掺铟沟道，在组分缓变的缓冲层上生长高铟浓度的外延活跃层，从而实现与砷化镓(GaAs)衬底的平稳过渡，因而使其具有极低的噪声和超高频特性[2]。
宽带低噪声放大器ADS仿真与设计
宽带低噪声放大器ADS仿真与设计王峥;周以国;郭俊栋【摘要】介绍一种X波段宽带低噪声放大器(LNA)的设计.该放大器选用NEC公司的低噪声放大管NE3210S01(HJFET),采用微带阻抗变换型匹配结构和两级级联的方式,利用ADS软件进行设计、优化和仿真.最后设计的放大器在10～13 GHZ范围内增益为25.4 dB±0.3 dB,噪声系数小于1.8 dB,输入驻波比小于2,输出驻波比小于1.6.该放大器达到了预定的技术指标,性能良好.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)014【总页数】4页(P10-13)【关键词】低噪声放大器;NE3210S01;噪声系数;匹配结构【作者】王峥;周以国;郭俊栋【作者单位】中国科学院,电子学研究所,北京,100080;中国科学院,电子学研究所,北京,100080;中国科学院,电子学研究所,北京,100080【正文语种】中文【中图分类】TN950 引言低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)是射频接收机前端的重要组成部分。
它的主要作用是放大接收到的微弱信号，足够高的增益克服后续各级(如混频器)的噪声，并尽可能少地降低附加噪声的干扰。
LNA一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连,由于处于接收机的最前端，其抑制噪声的能力直接关系到整个接收系统的性能。
因此LNA的指标越来越严格，不仅要求有足够小的低噪声系数，还要求足够高的功率增益，较宽的带宽,在接收带宽内功率增益平坦度好。
该设计利用微波设计领域的ADS软件，结合低噪声放大器设计理论，利用S参数设计出结构简单紧凑，性能指标好的低噪声放大器。
1 设计指标下面提出所设计的宽带低噪声放大器需要考虑的指标：(1) 工作频带:10～13 GHz。
工作频带仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围,而且还要在全频带内使噪声系数满足要求。
(2) 噪声系数:FN<1.8 dB。
常用精密运放芯片
常用精密运放芯片精密运放芯片（Precision Op-Amp）是一种高精度、高稳定性、低噪声的运算放大器，广泛应用于各种电子设备中。
以下是一些常用的精密运放芯片：1. AD8606：Analog Devices公司的一款双路、四路输出、轨到轨输入和输出运算放大器，具有高输出电流和低失真度。
2. LM317：Texas Instruments（TI）公司的一款线性稳压器，具有内置短路保护和过温保护等特点。
3. OP-07：Burr-Brown（现在属于Texas Instruments）公司的一款超精密运算放大器，具有低噪声、低失真度和高稳定性等特点。
4. AD797：Analog Devices公司的一款高精度、低噪声运算放大器，具有宽电源电压范围和出色的输出电流能力。
5. OPA847：Texas Instruments公司的一款超精密运算放大器，具有极低的噪声和失真度，适用于高精度数据采集和信号处理应用。
6. LM7171：Texas Instruments公司的一款双路输出、高精度线性稳压器，具有宽电源电压范围和低输出噪声等特点。
7. OP177：Burr-Brown（现在属于Texas Instruments）公司的一款高精度、低噪声运算放大器，具有出色的直流和交流性能。
8. AD620：Analog Devices公司的一款高精度、宽带运算放大器，具有低噪声、低失真度和高输出电流等特点。
9. LM358：Texas Instruments公司的一款双路运算放大器，具有宽电源电压范围、高输出电流和低失真度等特点。
10. OPA27：Texas Instruments公司的一款高精度、低噪声运算放大器，适用于高精度信号处理和仪器测量应用。
这些精密运放芯片在各种电子设备中发挥着重要作用，例如数据采集、信号处理、滤波、放大等。
在实际应用中，可根据需求选择合适的芯片。
X波段低噪声放大器设计分析
X波段低噪声放大器设计分析赵云【摘要】针对通信系统中信噪比的改善问题,分析了低噪声放大器的电路形式,确定了器件的选取方法,阐述了低噪声放大器的设计思路,介绍了使用ADS软件进行x 波段低噪声放大器的设计.利用Fujits公司的FHX13X和Transcom公司的TC1201,两级级联,并对电路进行仿真和优化,判定放大器的稳定性.通过软件修正得到最终电路设计,经过最终数据分析,总结设计过程中的关键技术.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2011(041)006【总页数】4页(P43-46)【关键词】低噪声;放大器;增益;噪声系数;驻波比;稳定性【作者】赵云【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北,石家庄,050081【正文语种】中文【中图分类】TN722.30 引言在通信系统中,衡量通信质量的一个重要指标是信噪比,而改善信噪比的关键就在于降低接收机的噪声系数。
一个具有低噪声放大器的接收机系统,其整机噪声系数将大大降低,从而灵敏度大大提高。
因此在接收机系统中低噪声放大器是很重要的部件。
1 电路仿真设计该项目的微波低噪声放大器是利用微波低噪声场效应管在微波频段进行放大。
特别需要注意的是,因为场效应管都存在着内部反馈,当反馈量达到一定强度时,将会引起放大器稳定性变坏而导致自激,改善微波管自身稳定性采取的是串接阻抗负反馈法,在场效应管的源极和地之间串接一个阻抗电路,构成负反馈电路。
实际的微波放大器电路中反馈元件常用一段微带线代替,相当于电感性元件负反馈,这样对电路稳定性有所改善。
1.1 确定电路形式噪声系数是低噪声放大器的重要技术指标之一,低的噪声系数与低的输入驻波在低噪声放大器的设计中是一对矛盾。
该项目低噪声放大器在设计中摒弃了通常为实现低输入驻波采用输入加隔离器的方法,采用负反馈放大电路。
负反馈放大电路具有频带响应宽、输入输出驻波小和稳定性好等特点。
利用PHEMT芯片,应用混合集成工艺进行设计,在宽频带范围内实现了低噪声系数和低驻波特性。
X波段单片低噪声放大器
X波段单片低噪声放大器刘莹【摘要】本文介绍了X波段8.5-10.5 GHz单片低噪声放大器的设计,给出了在片测试结果.该放大器采用三级放大,在8.5-10.5 GHz频率范围内,噪声系数典型值小于1.2dB,增益＞30dB,具有3dB的正斜率,P-1大于7dBm,输入输出驻波≤1.4:1.电路芯片尺寸为:2.7mmX1.2mmX0.1mm.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】2页(P138-139)【关键词】8.5-10.5 GHz;放大器;MMIC【作者】刘莹【作者单位】成都嘉纳海威科技有限责任公司【正文语种】中文一、引言单片微波集成电路简称MMIC，是一种把有源和无源元器件制作在同一块半导体基片上的微波电路。
它具有体积小、稳定性高、一致性好、寄生参量小、大批量低成本等特点，成为军事电子和民用通信系统最具吸引力的选择。
低噪声放大器(LNA)作为射频信号传输链路的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为高性能射频接收电路的第一级LNA 的设计必须满足[1]：（1）较高的线性度以抑制干扰和防止灵敏度下降；（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪声；（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为50欧；（4）尽可能低的功耗，这是无线通信设备的发展趋势所要求的。
本文介绍的8.5－10.5 GHz低噪声MMIC 放大器不仅具有优良的噪声性能，而且还具有正斜率的高增益特性和较低功耗，具有很好的实际应用性能。
二、MMIC放大器的设计1.电路结构及器件的选择常用的放大器电路结构有：平衡结构、行波结构、有耗匹配、负反馈等[2]。
本设计采用负反馈结构。
放大器采用三级放大，以获得较高的增益。
为了兼顾噪声、增益、输出功率以及功耗，根据FOUNDRY厂家提供的器件参数，经过分析比较，放大器的第一级采用350μm栅宽的器件，第二级采用250μm栅宽的器件，第三级采用88μm栅宽的器件,第一级和第二级采用电流复用的结构来减小直流功耗。
X波段100WGaAs单片大功率PIN限幅器
｝ ～
～
－一 ／
●—
一
ｒ
—
ｌ …
一 ’ ｒ — ～ － ＼
． 一１ ９ Nhomakorabea曲
７ Ｄ
∞
∞
ｔ ∞
Ｊ ｐ ／ ｗ
图２ Ｇａ Ａｓ Ｐ Ｉ Ｎ 二极 管限 幅器 的输 入功 率 与输 出功 率的 曲线 （ ９ ． ５ ＧＨ ｚ ， 输 入功率 脉 宽 ８ ｍｓ 、占空 比 ４ ０ ％） Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｇ ａ Ａｓ Ｐ Ｉ Ｎ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｐ ｏ ｗｅ ｒ （ ＠９ ． ５ Ｇ Ｈｚ ， ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ
璺 ｊ ～ ２ ０ ｝ ： ｉ －
．
一 ；
箧一 Ｌ ＿ 一 ： … 一 ｛
７ ． ５ ８ ． ０ ８ ． ５ ９ ． ０ ９ ． ５ １ ０ ． ０ ｌ ０． ５ １ １ ０ ｌ １ ５ ｌ ２ ． ０
ｆ｜ ＧＨｚ
图１ Ｇａ Ａｓ Ｐ Ｉ Ｎ 限幅 器的 小信 号特性 ： 插 入损耗 、输 入和输 出驻 波随 频率 的关 系
Ｘ． ｂａ ｎｄ １ ０ ０ Ｗ Ｇａ ＡＳ Ｍ ｏ ｎｏ ｌ ｉ ｔ ｈｉ ｃ Ｈｉ ｇ ｈ Ｐｏ ｗｅ ｒ ＰＩ Ｎ Ｌｉ ｍｉ ｔ ｅ ｒ
Ｐ Ｅ ＮＧ Ｌ ｏ ｎ ｇ ｘ ｉ ｎ ’ Ｌ Ｉ Ｚ ｈ ｅ ｎ Ｘ Ｕ Ｂ ｏ Ｌ Ｉ ＮＧ Ｚ ｈ ｉ ｊ ｉ ａ ｎ Ｌ Ｉ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ａ ｏ Ｐ Ｅ ＮＧ Ｊ ｉ ｎ ｓ ｏ ｎ ２
ｐ ｏ ｗｅ ｒ ： ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ８ ｍｓ ， ｄ ｕ ｔ ｙ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ４ ０ ％）
并联谐振吸收网络在X波段MMIC LNA消除振荡中的应用
第３ Ｏ卷 第 ３期 ２０ ０ ７年 ６月
电 子 器 件
Ｃｈｎ ｓ ｏｒ ａ ｆＥｌ ｔｏ ｅ ｉｅ ｉｅｅ Ｊｕｎ ｌ ｅ ｒｎ Ｄ ｖｃｓ Ｏ ｃ
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｊｎ ２ ０ ｕ ．０ ７
Ａｐｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｒ ｌｅ ｓ ｎ ｎｔＡｂ ｏ ｂ ｎ ｔ ｒ ｏ ｉ ｉ ｔｏ ｆ ｌｃ ｔｏ ｆＰａ ａ ｌｌＲｅ ｏ ａ ｓ ｒ ｉ ｇ Ｎｅ ｗｏ ｋ ｆ ｒＥｌｍ ｎａ ｉ ｎ ｏ
Ｏｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｉ Ｂａ ｄ Ｍ Ｍ Ｉ ＬＮＡ ｃ ｌ ｔ ｎ Ｘ－ ｎ ｌ ｏ Ｃ
ＨＡＯＭ ｉｇ ｌ ， ＵＸｕ —ｈ ｎ ｎ —ｉ ＬＩ ｎｃ ｕ ，Ｈ Ｕ ＡＮＧＱｉｇ ｈ ａ ＡＮＧ ｏ ｎ —ｕ ，Ｙ Ｈａ ．ＷＡＮＧ Ｙ —ｈ ｎ ｕｃ ｅ
（ ｎｔｔｔ ｆＭｉｒｅｅｔｏ ｉｓ ｈ ｈｎｓ ａ ｅ ｆＳ ｉｎｅ ，Ｂ Ｏｉｇ １０ ２ ， ｈｎ ） Ｉｓｉ ｅ ｃｏｌｃｒｎｃ ，Ｔ ｅ ｉｅｅ ｕ ｏ Ｃ Ａｃｄ ｍｙｏ ｃｅｃｓ ｅ ｎ ０ ０ ９ Ｃ ｉａ
栅极 和地之 间放置 Ｌ Ｃ并联再 串联 电阻的吸收网络的方法． 由于吸收 网络与 Ｐ Ｍ ＨＥ Ｔ管的输入 电容组成的 回路谐振在工作频
带 内的高频端 ， 因此 ， 降低 了带外低频端 的高增益 ， 从而消除 了多级级联 Ｌ Ａ 电路 中 由于低 频端增益 过高产 生的振 荡 ， Ｎ 而电
路 的噪声性能并没有 明显变化．
容 易在 电路低 频 端产生 自激 振 荡Ｌ． ２ ］ 针 对我们 设 计 的 Ｘ 波段 （０ １ １ ～ ２ＧＨｚ单 片低 ）
ｆｅ ＬＮＡ ）ｉ ｒ ｐ ｓｄ，ｔ ａ ｓ ａ ａｌｌＲＬＣ ｒ ｓ ｎ ｎ ｂ ｏ ｂ ｎ ｅｗｏ ｋ ｉ ｌｃ ｄ ｂ ｔ ｅ ａ ｅｅｅ — ｉｒ（ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｈ ｔｉ，ａ ｐ ｒ ｌ ｅ ｅ ｏ ａ ｔａ ｓ ｒ ｉｇ ｎ ｔ ｒ ｓｐ ａ ｅ ｅｗｅ ｎ ｇ ｔ ｌｃ
X波段单片低噪声放大器的设计
输 出驻波比小于 １３ 输入输 出端 口均匹配到 ５ ．、 ０Ｑ标准阻抗 的单片集成电路 。 具有小型化 、 低噪声、 高
增益 、 成 本 、 低 高可 靠性 的特点 。
关键词 ： Ｘ波段 ； Ｈ ＭＴ 微 波 单片 集成 电路 ＰＥ ； 中 图分 类号 ： Ｎ ７ Ｔ ４
０ 引
言
２Ｅ （ Ｄ Ｇ 二维 电 子气 ） 浓度 和 运 动 的变 化 实 现输 入 信 号 的控制 和放 大 ， 有 以下 的优点 ： 具
１ ＭＭＩ Ｎ ＣＬ Ａ的设 计方案选择
设 计 材料 采用 Ｇ Ａ ， ａ ｓ主要 考虑 到 以下两个 原 因 ： ａ Ｇ Ａ 电 子迁 移率 高 ， 硅 的 ６倍 ， 大漂 移 速 ） ａｓ 是 最
图 １ ＭＭＩ Ｎ Ｃ Ｌ Ａ芯 片原理框 图
度大约是硅的 ２ ， 倍 寄生电阻较小 ， 所以器件速度快。 ｂ Ｇ Ａ 能制成 ｌ ）ａｓ ０ 的高电阻率 ， 适合于做微波无
ｘ波段单片 Ｌ Ａ（ Ｎ 低噪声放大器 ） 是有源相控阵 雷达 Ｔ Ｒ组件 中的关键 电路 之一 。随着微波单片集 ／ 成电路不断地发展与成熟 ， 越来越多的 Ｍ Ｉ （ Ｍ Ｃ 单片微
波集 成 电路 ） 片 用 于 民用 和军 用 系统 中 ， 提 高 系 芯 对 统 的性能 起着 至关 重要 的作 用 。 本 文设计 的低 噪声放 大 芯片 的频 率范 围为 ９Ｇ Ｈｚ
１ Ｈ ， １Ｇ ｚ增益 大于 ３ ． Ｂ， ３９ｄ 噪声小 于 ０ ７ Ｂ， ．５ｄ 输入
输出驻波比小于 １３ 且输入输 出端 口均匹配到 ５ ．， ０Ｑ 标准阻抗 ， 具有小型化 、 低噪声 、 高增益 、 低成本 、 高可
靠 性 的特点 。 可广 泛 应用 于微 波无 线 商业 应 用 （ 如 ： 例 Ｌ Ｓ 本 地微 波分 配 系统 ） 点对 点 无线 通 信 、 对 多 ＭＤ （ 、 点 点无线 通信 、 中交 通 管 理 、 车 防撞 雷 达 、 路 交通 空 汽 公
宽带低噪声放大器ADS仿真与设计
宽带低噪声放大器ADS仿真与设计作者：王峥,周以国,郭俊栋来源：《现代电子技术》2010年第14期摘要:介绍一种X波段宽带低噪声放大器(LNA)的设计。
该放大器选用NEC公司的低噪声放大管NE3210S01(HJFET),采用微带阻抗变换型匹配结构和两级级联的方式,利用ADS软件进行设计、优化和仿真。
最后设计的放大器在10~13 GHz范围内增益为25.4 dB±0.3 dB,噪声系数小于1.8 dB,输入驻波比小于2,输出驻波比小于1.6。
该放大器达到了预定的技术指标,性能良好。
关键词:低噪声放大器; NE3210S01;噪声系数; 匹配结构中图分类号:TN95 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)14-0010-04Simulation and Design of Broadband Low Noise Amplifier Based on ADSWANG Zheng, ZHOU Yi-guo, GUO Jun-dong(Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China)Abstract: A method of designing an X band broadband low noise amplifier (LNA) is proposed.-strip impedance converting matching structure and a two-stage cascade topology. The ADS software was used as a tool for design, optimization and simulation. The designed amplifier exhibited broadband operation is 10~13 GHz with noise figureKeywords: low noise amplifier; NE3210S01; noise figure; matching structure0 引言低噪声放大器(low noise amplifier,LNA)是射频接收机前端的重要组成部分。
2.8～4.2GHz MMIC低噪声放大器
2005211216 收稿, 2006203215 收改稿
Ξ
摘要: 报道了 基于 0 125 Λ m GaA s PHEM T 工 艺的 2 18 ～ 412 GHz M M I C 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 Roger s RO 4350B , 在 218 ～ 4 12
Ξ
分 , 其主要功能是提供足够的增益来克服后续各级 的噪声, 由于微波系统的噪声系数基本上取决于前 级放大器的噪声系数, 所以低噪声放大器的噪声性 能在系统的噪声性能中是决定性部分。 目前, 国内外 GaA s MM IC 技术 正在 蓬 勃兴 起, 实验 室 报道 的 M M IC 低噪声放大器具有低功耗、 低噪声、 良好的 输入 输出匹 配以及优 异的 动态范 围, 笔 者设 计的 M M IC 低噪声放大器具有重要的意义 , 能直接应用 于无线接收系统的射频前端。
Abstrac t: The pap er present s a self 2bia s 218～ 412 GHz low no ise am p lifie rM M IC based on a st andard 0125 Λ m GaA s PHEM T t echno logy. The design p rincip le of low no ise am p lifie r by con 2 ve rging the input im pedance con jugat e m at ch and op t im um noise m a tch is int roduced. The serie s vo ltage nega t ive feedback am pl ifier has dem ons trated a m ax im um no ise figure of 2 13 dB , an as so 2 cia ted ga in of m o re than 20 dB from 218 to 412 GHz. T he circuit sim ulat ion is ach ieved by using AD S softw a re. The tes t is com p leted using R oge rs RO 4350B a s tes t boa rd. Key words: low no ise am pl if ier (L NA ); M M IC; P HEM T
X波段雷达接收机中低噪声放大器的研究
（ 总第 １９ 期 ） １
信 息 通 信
１ Ｆ Ｎ ＯＲＭ ＡＴ ＯＮ ＆ ＣＯＭ Ｍ ＵＮＩ Ｉ ＣＡＴＩ ＯＮＳ
２ ２ ０ｌ
（ ｕ ． Ｎ １ ９ Ｓｍ ｏ １）
Ｘ波段雷达接 收机 中低 噪声放大器 的研 究
梁晶晶， 逯贵祯， 沈福老
（ 中国传媒 大学信息工程学院 ， 北京 １０ ２ ） ００４
ＴｈｅＳｔ ｄｙ ｉ － ｎｄ ＬＯ Ｎｏ ｉ ｕ Ｘ． ｎ ｂａ Ｗ ｓｅ Ａｍ ｐｌｆｅ ｏ ｄ ｒ Ｒｅ ｅｖｅ ｉ ｒｆ ｒＲａ ａ ｅ ｉ ｒ ｉ
—
ＬＡＮＧＪ ｇ ｉｇ Ｌ Ｇｕ－ｈｎ Ｓ Ｎ ｕｇ ｉ Ｉ ｎ －ｎ ，Ｕ ｉ ｅ ，ＨＥ Ｆ － ｉ ｊ ｚ ｎ
噪 声放 大器不仅 符合接收机对 Ｌ ＮＡ的指标要求 ， 能使 性能更加稳定。 还 关键词 ： 低噪声放 大器（ Ｎ ； Ｌ Ａ）噪声 系数 ； 增益 ； 灵敏度 分析 中图分类号 ： Ｎ７ ２３ Ｔ ２． 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：６ ３１３ （ ０ ２） ．０ ３０ １７ －１ １２ １ ０ ０ ２ ．３ ３
由此可见 ，多级级联放大器 的噪声系数主要 由第 １ 级放
ｓｔ ｉ ａｙ ｉ ｏ ｔ ｅｐ ａ ｔｒ ｒｕ ｈＲＦ ｃｒｕｔ ａａ ｔｒｉ￣ ｔａｉｎ Ｔｈ ｅｕｔ ｈ ｗ ａ ｅＬ ｉｉ ｔ ａ ｌｓｓ ｆｈ ａ ｍｅｅｓｔ ｏ ｇ ｉ ｉｐ ｍｅｅ ｌｓ ｔ ． ｅｒｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ｔ ＮＡ ｆ ｒ ｅｓｎ ｉｖｔ ｖ ｙｎ ｒ ｈ ｃ ｒ ｌ ｒ ｏ ｓ ｈ ｔ ｈ ａ ｅ ｅ ｓｔ ｉ ｔ ｔ 收机 的性能提 出了更 高的要求 。 低噪 声放 大器能降低 系统的噪声和提 高接 收机 灵敏度 ， 是 接 收 系统的重要 组成部分。本文设计的低噪声放 大器应 用于接 收机 的前端 ，利用集成芯片 Ａ Ｆ ６ ６ Ｔ ３ １３完成 了电路 的设 计 并且 通过研 究 Ｒ Ｆ电路 中的参数 灵敏度 对该低 噪声放 大器进行 了灵敏 度分析。结果表明 ：经过参数灵敏度 分析 的低
X波段低噪声放大器设计
X波段低噪声放大器设计
王勤
【期刊名称】《低温与超导》
【年(卷),期】2005(033)002
【摘要】本文介绍了具有噪声系数小,增益高,带内平坦的X波段低噪声放大器的设计.
【总页数】4页(P77-80)
【作者】王勤
【作者单位】中国电子科技集团公司第十六研究所,合肥,230043
【正文语种】中文
【中图分类】TN72
【相关文献】
1.X波段宽带低噪声放大器设计 [J], 谢涛;周以国;郭俊栋
2.带有新型偏置电路的X波段低噪声放大器设计 [J], 卢洪树;张晓发;袁乃昌
3.X波段低噪声放大器设计分析 [J], 赵云
4.X波段低噪声放大器设计 [J], 张胜杰
5.X波段低噪声放大器设计 [J], 石生玉;逯贵祯;李钦;葛媛媛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
X波段单片低噪声放大器芯片①彭龙新1,23,周正林2,蒋幼泉2,林金庭2,魏同立1(1.东南大学微电子中心,江苏南京210096;2.南京电子器件研究所,江苏南京210016)摘要:报道了X波段0.5μm G aAs PHE MT全单片低噪声放大器芯片。
该放大器芯片由四级级联放大电路构成。
芯片面积为2.43×1.85mm2。
该放大器芯片在通带内测试结果为:在工作条件V D=5V(I D≤100mA)下,增益>26dB,噪声系数≤2.2dB,输入、输出电压驻波比<1.6∶1,平坦度≤±1dB,1dB压缩功率≥15dB・m,相位一致性≤±3°,幅度一致性≤±0.5dB。
芯片尺寸为2.43mm×1.85mm。
关键词:微波单片集成电路;赝配高电子迁移率晶体管;低噪声放大器中图分类号:T N722.3 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2004)03-0484-03 随着M MIC技术的日趋成熟,M MIC元件体积小、重量轻、可靠性好、一致性好、成本低等优势得到了充分的发挥。
这为相控阵雷达的小型化、实用化提供了保证。
本文报道的X波单片段低噪声放大器,其噪声系数小,增益高,输入输出电压驻波好,相位线性度好,幅相一致性好,成品率高,可批量生产,其性能指标完全满足相控阵雷达T/R 组件的要求。
1 电路设计及单片工艺该单片低噪声放大器的电路设计中采取了集总和分布参数电路混合匹配。
为了实现大于26dB 的增益,该单片采用了四级级联放大电路。
第一级电路主要解决噪声系数,功率增益和输入驻波比。
第二级电路主要解决功率增益匹配同时兼顾噪声系数。
三、四级电路主要解决功率增益匹配和输出驻波比。
为了使用方便,每一级都采用自偏电路设计。
该放大器输入输出端通过电容隔直,可靠性高。
电路原理图见图1。
在PHE MT源端增加电感引入串联反馈,这样,放大器获得低噪声系数的同时也有良好的电压驻波比。
由于串联的电感比较小,用一段终端短路的微带线即可。
为了使芯片在较宽带宽范围内获得比较平坦的增益,同时实现小于1.5∶1的输入输出电压驻波比,电路中每一级都采用了有耗匹配。
在电路设计过程中,充分考虑了工艺公差对电路的影响,允许每个元件在其工艺公差范围内变化,从而保证了产品有较高的成品率。
利用微波在片测试系统测量了小信号参数,并由S参数建立了小信号模型。
利用噪声技术提取了PHE MT的噪声参数,并建立了噪声模型。
由于PHE MT具有2DEG,提高了器件的跨导,保留了G aAs表面,减小了工艺敏感等优点,所以我们选择PHE MT作为有源器件。
PHE MT栅长0.5μm,第一级PHE MT栅宽300μm,中间级的PHE MT栅宽为450μm,末级PHE MT栅宽为600μm,这一组合可以在有效降低放大器工作电流同时获得较大的输出功率。
电路中的电阻是金属膜电阻,其准确性与一致性好。
电路中电容为MI M 电容和叉指电容。
为了减小热阻、便于背面通孔,将芯片减薄到100μm。
PHE MT栅电极上用T iPtAu合金,源、漏欧姆接触合金采用AuG eNi。
用SiN做钝化材料。
图1 电路原理图Fig.1 Circuit schematic diagram第28卷 第3期V ol.28№.3 稀 有 金 属CHI NESE JOURNA L OF RARE MET A LS 2004年6月June2004①收稿日期:2003-04-20;修订日期:2003-08-18作者简介:彭龙新(1962-),男,江西莲花人,博士研究生,高级工程师;研究方向:微波毫米单片集成电路(M3IC)设计与测量3通讯联系人(E2mail:eleplx@)采用标准的M BE 技术和步进光刻保证了同一批次、批次与批次之间的高度一致性。
2 测试结果用Agilent 8720ES 矢量网络分析仪测量放大器的S 参数,用HP 8970B 噪声测试系统测量放大器的噪声系数,用Agilent E4419B 功率计和Agilent 83752B 频率扫描源构成的系统测量放大器芯片1dB 压缩功率。
图2是某一放大器的小信号S 参数,该放大器的噪声参数和1dB 压缩功率见表1。
f 为输入信号源频率,NF 为噪声系数,P -1为1dB 压缩功率,P -1in 是输出1dB 压缩功率时的输入功率。
该X 波段单片低噪声放大器芯片10个样品的幅度、相位和噪声系数情况如图3～5所示。
各样品在9,9.3,9.6,10,10.3GH z 各频率点上的最大增益和最小增益分别约相差0.8,0.8,0.8,017,0.5dB ,因此该单片放大器的幅度一致性小于±0.5dB 。
由图4可以看出样品在9,9.3,9.6,10,10.3GH z 各频率点上的相位分别集中在-103°,-163°,133°,53°,-6°附近,因此该单片的相位一致性比较好。
由图5可以看出各单片在其通带内的噪声系数均小于2.2dB ,有个别的芯片在带内的最小噪声系数达到1.9dB 。
该单片在125℃,V D 加+5V ,工作200h 后的增益和噪声系数如图6所示。
实验后的增益比实验前的略有上升,噪声系数在实验前后基本吻合。
图2 测量的小信号S 参数(V D =5V ,I D =90mA)Fig.2 Measured S 2parameters (V D =5V ,I D =90mA)图3 10个样品的幅度一致性情况Fig.3 C onsistency of amplitude of 10LNA chips图4 相位一致性Fig.4 C onsistency of phase of 10LNA chips图5 10个样品的噪声系数Fig.5 N oise figure of 10LNA chips表1 测量的噪声系数、1dB 压缩输出功率(V D =5V,I D =90mA)T able 1 Measured noise figure and P 1dB of the L NA(V D =5V,I D =90mA)f /G H z 9.09.29.49.69.810.010.3N F/dB2.03 1.93 1.90 1.93 1.97 2.01 1.99P -1/(dB ・m )15.415.516.216.416.516.516.2P -1in /(dB ・m )-8.9-9.6-9.2-9-8.9-8.6-9.05843期 彭龙新等 X 波段单片低噪声放大器芯片 图6 高温加电前后样品增益和噪声系统的对比F ig.6 G ain and NF of an LN A chip be fore and a fter ex periment3 结 语该X 波段单片低噪声放大器芯片噪声系数小、增益高、输入输出电压驻波好,幅相一致性好、相位线性度好、成品率高、体积小、重量轻、稳定性好,同时该单片低噪声放大器芯片实现了单电源供电,输入输出隔直,使用方便,通用性较强,具有广泛的应用前景。
参考文献:[1] David D H ,Randall E L. X 2band m onolithic variable gain seriesfeedback LNA [A].IEEE M icrowave and M illimeter 2W ave M onolithic Circuits Sym posium [C].New Y ork ,1988.79.[2] N obuo Shiga ,Shigeru Nakajima ,K enji Otobe ,et al. X 2band M MICam plifier with pulse 2doped G aAs MESFET [A ].IEEE MTT 2S Digest [C].Boston ,M assachusetts ,1991.77.[3] Ayaki N ,Shimura T ,H os ogi K,et al. A 12G H z 2band super low 2noise am plifier using a self 2aligned gate MESFET.IEEE [A ].M i 2crowave and M illimeter 2W ave M onolithic Circuits Sym posium [C ].1989.7.[4] Luciano Boglione ,R oger D P ollard ,Vasil P ostoyalko ,et al. 12G H zM MIC series feedback LNA based on a novel analytical design proce 2dure for simultaneous noise and power match [A].29th European M i 2crowave C on ference [C],1999.95.[5] Randall E Lehmann ,David D Heston. X 2band m onolithic seriesfeedback LNA [J ].IEEE T ransactions on M icrowave Theory and T echniques ,1985,33(12):1560.X 2B and Microw ave Monolithic I ntegrated Circuit Low N oise Amplifier ChipPeng Longxin 1,23,Zhou Zhenglin 2,Jiang Y ouquan 2,Lin Jinting 2,Wei T ongli 1(1.Microelectronic Cen 2ter,Southeast University ,Nanjing 210096,China ; 2.Nanjing Electronics Devices Inst.,Nanjing 210016,China )Abstract :This paper reports a kind of 0.5μm G aAs PHE MT X 2band four 2stage fully m onolithic low noise am 2plifier chip.Across the 9.0～10.3GH z frequency band ,the LNA chip has noise figure better than 210dB ,linear gain m ore than 26dB ,gain flatness less than ±1dB ,input and output VSWRs less than 1.5∶1,and 1dBgain com pression output power greater than 15dBm.The consistencies of am plitude and phase of the LNA chips are less than ±0.5dB and ±3°at the corresponding frequency points ,respectively.The chip size is 2.43mm×1.85mm.K ey w ords :microwave m onolithic integrated circuit ;pseudom orghic high electron m obility transistor ;low noise amplifier684 稀 有 金 属 28卷。