Ka频段自给偏置低噪声放大器MMIC设计.doc

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1、Ka频段自给偏置低噪声放大器MMIC设计杨自强杨涛刘宇电子科技大学电子工程学院,四川成都610054摘要：设计了一个Ka频段低噪声放大器MMIC，该芯片采用四级放大的结构，通过调节有源器件的几何尺寸(栅宽和叉指数)和源极串联负反馈，减小最佳噪声匹配点（）和共轭匹配点（）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，该放大器芯片采用了自给偏置设计，实现单电源供电。该放大器芯片采用商用的0.18-µmpHEMT工艺制造，芯片面积为3×1mm2。经测试，该芯片在26-40GHz频率范围内

2、，实现增益大于18dB，35GHZ处噪声系数约为2.7dB。关键字：低噪声放大器；Ka频段；微波单片集成电路ThedesignofaKa-bandself-biasedlownoiseamplifierMMICYangZi-qiang,YangTao,LiuYuSchoolofElectronicsEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,ChinaAbstract:AKa-bandfour-s

3、tagelownoiseamplifier(LNA)monolithicmicrowaveintegratedcircuit(MMIC)hasbeendeveloped.Thegatewidthoftheactivedeviceandthesourceseriesfeedbackarechosencarefullytominimizethedistancebetweenand,whereistheloadimpedanceprovidingtheminimumnoisefigureandisaconju

4、gatereflectioncoefficientof,andthentheLNAcanachieveoptimalnoisematchandconjugatematchsimultaneously.Fortheapplicationofself-biastechnique,theLNAisbiasedfromasinglepowersupply.TheLNAhasachievedabroadbandperformancewithagainofmorethan18dB,anoisefigureofles

5、sthan2.3dBintheRFfrequencyof26.5to40GHz.Thechipsizeis3×1mm2.Theamplifier，whichisfabricatedbyacommercial0.18-µmpseudomorphichighelectron-mobilitytransistor(pHEMT)process,hasachievedagainofmorethan18dBinthefrequencyrangeof26to40GHzandanoisefigureof2.7dBat3

6、5GHz.Thechipsizeis3×1mm2.KeyWords:lownoiseamplifier；Ka-band；monolithicmicrowaveintegratedcircuit1引言基金项目：国家自然科学基金项目60501012随着毫米波技术的讯速发展，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[1]。单片电路具有高可靠性、低成本、宽频带以及小、轻等优点，是毫米波电路的发展方向。低噪声放大器是射频前端系统的关键单

7、元之一，它位于接收芯片的第一级，直接与天线相连。由于其位于接收芯片的第一级，所以它的噪声特性将大大影响整个系统的噪声特性。国外关于Ka频段LNA芯片的报道非常多[2,3]，很多公司都有成熟的产品推出，国内也有研究所开展LNA芯片的研究[4,5]，开发具有自主知识产权的LNA芯片产品，实现芯片的国产化具有重要意义。2低噪放芯片电路设计低噪声放大器的设计要综合考虑很多指标，如：增益、噪声、功耗、阻抗匹配、稳定性和线性度等。它必须在一定的功耗条件下，提供足够的增益、优异的噪声性能、良好的线性度和输入输出匹配。

8、足够的增益可以抑制后续级模块的噪声；优异的噪声性能几乎决定整个接收机的噪声性能的优越程度；良好的线性度可以使其在较大的信号动态范围内正常工作。a.直流偏置点和器件尺寸选择LNA的噪声系数将基本决定整个接收前端系统的噪声系数，因此噪声是其最重要的技术指标，选择偏置电压使器件工作在低噪声区域。同时，栅源偏置电压的选择需考虑到功耗的限制。如果栅源偏置电压过小，导致漏源电流过大，功耗过大。综合上述两点，必需要合理选择栅源偏置电压，以使器件工作在低噪