《电子技术应用》
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一种12 GHz的高增益低噪声放大器
2022年电子技术应用第4期
何谟谞1,胡钧剑2,高 博2,贺良进2
1.成都飞机工业(集团)有限责任公司,四川 成都610090;2.四川大学 物理学院,四川 成都610065
摘要: 通过分析GaAs pHEMT器件特性设计了一款两级高增益、低功耗的低噪声放大器。采用两级结构提高低噪声放大器的增益,设计了一种共用电流结构,降低了放大器的功耗,同时降低电路噪声。输入、输出匹配均采用LC阶梯匹配网络,具有良好的匹配性,并使用CAD软件对电路进行设计优化。电路仿真结果表明,在中心频率12 GHz下实现了增益为27.299 dB、噪声系数为0.889 dB、S11和S22均小于-10 dB的性能,工作带宽为600 MHz。此低噪声放大器作为12 GHz频段的接收机的前端设计研究,具有一定意义。
中图分类号: TN702
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.212377
中文引用格式: 何谟谞,胡钧剑,高博,等. 一种12 GHz的高增益低噪声放大器[J].电子技术应用,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

    随着无线通信的快速发展,低频段已不能满足应用需求,使用频段逐渐向高频段发展。在X~Ku波段中,12 GHz频段被广泛用于卫星广播业务和高清电视数字广播通信系统,同时,12 GHz频段还有望被用于5G通信服务[1-2]。除此之外,该频段也被用于个人医疗健康检测,从生物电信号中提取特征信息以实时监测人体的健康状况[3]。12 GHz低噪声放大器是该类应用研究中不可缺少的单元。

    作为射频前端的第一个有源电路,LNA需要有高增益、低噪声以及好的信噪比。在高频段,LNA的设计变得困难,各项性能指标难以同时达到更好,对高增益、低噪声、高集成度等性能的放大器提出了更高的挑战[4]

    目前报道的文献中,大都采用多级级联以提高放大器的增益,级间需要匹配增加了电路的复杂程度以及芯片面积。在文献[5]中,使用了共源共栅结构和共源级设计LNA,实现了较高的峰值增益,但是,其使用了三级结构,而且工作频率较低;文献[6]中也使用了共源共栅结构设计LNA,可工作在较高的频率下,由于使用的CMOS工艺在高频下的局限性,无法实现较高的增益和较低的噪声系数;文献[7]中基于GaN工艺设计的LNA在X波段下可实现较高的增益,但是噪声系数和功耗很高;文献[8]中采用级联共源级实现的LNA,具有较低的功耗和噪声,但是增益不是很高。

    目前,已有MESFET、HEMT、GaAs pHEMT等多种高性能低噪声的半导体结构应用于放大器的设计。其中,GaAs pHEMT晶体管,它在未掺杂GaAs层和掺杂AlGaAs层中引入了InGaAs薄层,这种特殊的结构可使电子聚集在InGaAs层的半导体界面附近,由于两侧是高能带材料,因此电子在聚集层中具有非常高的流动速度。这种结构器件具有高的饱和电子速度、输出跨导、器件电流等,从而可获得更高的增益和较低的噪声系数,并且具有更好的频率性能[9]




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作者信息:

何谟谞1,胡钧剑2,高  博2,贺良进2

(1.成都飞机工业(集团)有限责任公司,四川 成都610090;2.四川大学 物理学院,四川 成都610065)

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