《電子技術應用》
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一種12 GHz的高增益低噪聲放大器
2022年電子技術應用第4期
何謨谞1,胡鈞劍2,高 博2,賀良進2
1.成都飛機工業(集團)有限責任公司,四川 成都610090;2.四川大學 物理學院,四川 成都610065
摘要: 通過分析GaAs pHEMT器件特性設計了一款兩級高增益、低功耗的低噪聲放大器。采用兩級結構提高低噪聲放大器的增益,設計了一種共用電流結構,降低了放大器的功耗,同時降低電路噪聲。輸入、輸出匹配均采用LC階梯匹配網絡,具有良好的匹配性,并使用CAD軟件對電路進行設計優化。電路仿真結果表明,在中心頻率12 GHz下實現了增益為27.299 dB、噪聲系數為0.889 dB、S11和S22均小于-10 dB的性能,工作帶寬為600 MHz。此低噪聲放大器作為12 GHz頻段的接收機的前端設計研究,具有一定意義。
中圖分類號: TN702
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.212377
中文引用格式: 何謨谞,胡鈞劍,高博,等. 一種12 GHz的高增益低噪聲放大器[J].電子技術應用,2022,48(4):104-107.
英文引用格式: He Moxu,Hu Junjian,Gao Bo,et al. A 12 GHz low noise amplifier with high-gain[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(4):104-107.
A 12 GHz low noise amplifier with high-gain
He Moxu1,Hu Junjian2,Gao Bo2,He Liangjin2
1.Chengdu Aircraft Industry(Group) Co.,Ltd.,Chengdu 610090,China; 2.College of Physics,Sichuan University,Chengdu 610065,China
Abstract: A two-stage low noise amplifier(LNA) with high gain and low power is proposed by analyzing the characteristics of GaAs pHEMT devices. A two-stage structure is used to increase the gain of the low noise amplifier, a shared current structure is presented to reduce the power consumption of the amplifier and the circuit noise at the same time. Input and output matching adopt LC ladder matching network, which has good matching performance. The circuit is simulated using CAD software. The circuit simulation results show that the gain is 27.299 dB, the noise figure is 0.889 dB, S11 and S22 are both less than -10 dB at the center frequency of 12 GHz, and the working bandwidth is 600 MHz. This low-noise amplifier has a certain significance as the front-end design research of the receiver in the 12 GHz frequency band.
Key words : GaAs pHEMT;LNA;common current two-stage structure;high gain;LC ladder matching network

0 引言

    隨著無線通信的快速發展,低頻段已不能滿足應用需求,使用頻段逐漸向高頻段發展。在X~Ku波段中,12 GHz頻段被廣泛用于衛星廣播業務和高清電視數字廣播通信系統,同時,12 GHz頻段還有望被用于5G通信服務[1-2]。除此之外,該頻段也被用于個人醫療健康檢測,從生物電信號中提取特征信息以實時監測人體的健康狀況[3]。12 GHz低噪聲放大器是該類應用研究中不可缺少的單元。

    作為射頻前端的第一個有源電路,LNA需要有高增益、低噪聲以及好的信噪比。在高頻段,LNA的設計變得困難,各項性能指標難以同時達到更好,對高增益、低噪聲、高集成度等性能的放大器提出了更高的挑戰[4]

    目前報道的文獻中,大都采用多級級聯以提高放大器的增益,級間需要匹配增加了電路的復雜程度以及芯片面積。在文獻[5]中,使用了共源共柵結構和共源級設計LNA,實現了較高的峰值增益,但是,其使用了三級結構,而且工作頻率較低;文獻[6]中也使用了共源共柵結構設計LNA,可工作在較高的頻率下,由于使用的CMOS工藝在高頻下的局限性,無法實現較高的增益和較低的噪聲系數;文獻[7]中基于GaN工藝設計的LNA在X波段下可實現較高的增益,但是噪聲系數和功耗很高;文獻[8]中采用級聯共源級實現的LNA,具有較低的功耗和噪聲,但是增益不是很高。

    目前,已有MESFET、HEMT、GaAs pHEMT等多種高性能低噪聲的半導體結構應用于放大器的設計。其中,GaAs pHEMT晶體管,它在未摻雜GaAs層和摻雜AlGaAs層中引入了InGaAs薄層,這種特殊的結構可使電子聚集在InGaAs層的半導體界面附近,由于兩側是高能帶材料,因此電子在聚集層中具有非常高的流動速度。這種結構器件具有高的飽和電子速度、輸出跨導、器件電流等,從而可獲得更高的增益和較低的噪聲系數,并且具有更好的頻率性能[9]




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作者信息:

何謨谞1,胡鈞劍2,高  博2,賀良進2

(1.成都飛機工業(集團)有限責任公司,四川 成都610090;2.四川大學 物理學院,四川 成都610065)

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