2022年電子技術應用第4期
何謨諝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。採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、輸出匹配均採用LC階梯匹配網絡，具有良好的匹配性，並使用CAD軟體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、噪聲係數為0.889 dB、S11和S22均小於-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。
關鍵詞：
GaAspHEMT，LNA，共電流兩級結構，高增益，LC階梯匹配網絡
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頻段被廣泛用於衛星廣播業務和高畫質電視數字廣播通信系統，同時，12 GHz頻段還有望被用於5G通信服務[1-2]。除此之外，該頻段也被用於個人醫療健康檢測，從生物電信號中提取特徵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]。
目前報導的文獻中，大都採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複雜程度以及晶片面積。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，由於使用的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係數；文獻[7]中基於GaN工藝設計的LNA在X波段下可實現較高的增益，但是噪聲係數和功耗很高；文獻[8]中採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於放大器的設計。其中，GaAs pHEMT電晶體，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，由於兩側是高能帶材料，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係數，並且具有更好的頻率性能[9]。