【摘 要】
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K波段低噪声放大器是卫星通信射频接收系统的关键有源放大模块,是下一代无线通信技术研究的热点之一。低噪声放大器的噪声性能会直接影响整个接收链路的信噪比,因此低噪声要求是低噪声放大器设计的一个难点。同时较低的低噪声放大器增益无法为系统提供足够的增益,会导致信号传输距离变短,因此在工作频段内保持足够高的增益是低噪声放大器的另一难点。本论文面向下一代无线通信技术的应用特点和指标要求,分别从工艺器件、噪声模
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K波段低噪声放大器是卫星通信射频接收系统的关键有源放大模块,是下一代无线通信技术研究的热点之一。低噪声放大器的噪声性能会直接影响整个接收链路的信噪比,因此低噪声要求是低噪声放大器设计的一个难点。同时较低的低噪声放大器增益无法为系统提供足够的增益,会导致信号传输距离变短,因此在工作频段内保持足够高的增益是低噪声放大器的另一难点。本论文面向下一代无线通信技术的应用特点和指标要求,分别从工艺器件、噪声模型、电路结构、版图设计等方面对K波段低噪声放大器展开研究,本文的主要工作和创新如下:（1）系统地研究了65nm CMOS工艺中无源器件的性能,重点分析了电感和巴伦的设计因素,从品质因数和耦合系数等角度考虑,提出了适合本课题的电感、电容、巴伦等无源器件设计方案。（2）对低噪声放大器的传统结构与创新结构进行了介绍和分析,经研究发现电容交叉耦合结构在提高增益和降低噪声系数方面具备明显优势。（3）提出一种新型的低噪声放大器结构,即用两级电容交叉耦合级联、巴伦作为级间匹配的方式设计了一款低噪声放大器。通过选取合适的MOS管尺寸、偏置电压和匹配电路,整体电路实现了较低的噪声和较高的增益,并具备良好的线性度。综合以上研究,本文基于65nm CMOS工艺设计了一款K波段低噪声放大器芯片并流片。该LNA芯片的仿真工作频带为19.4GHz～21.4GHz,实际工作频带为17GHz～19GHz,工作带宽内S11≤-12dB,S22≤-11dB,噪声系数NF≤3.18dB,最大增益为20dB,IP1dB≥-23dBm,芯片整体尺寸为790μm×470μm。
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