随着5G毫米波通信技术的发展,射频前端中的核心部件-低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA）必须满足更高的性能要求,包括宽带、低噪声、高线性以及小型化等。氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN High Electron Mobility Transistor,GaN HEMT）则是解决上述问题的关键器件之一,除了具有更高的线性度和鲁棒性,GaN HEMT的噪声和跨导性能已经能够比肩砷化镓（Ga As）基晶体管,有助于实现综合性能更为优秀的LNA。本文基于100nm GaN HEMT工艺,围绕噪声、带宽、稳定性和线性度等性能指标,研究与设计了四款综合性能优异的LNA,其中前三款LNA依据国内5G毫米波通信频段进行设计,第四款LNA面向全球定位系统、蓝牙以及毫米波等多协议的超宽带通信系统进行设计,四款LNA芯片均已流片。1.第一款共源LNA针对带内增益平坦度不足的问题,在级间匹配网络中引入了两条LC串联谐振支路对低频增益进行抑制。后仿真结果显示,该LNA在24～34GHz频带内增益高达25.5～28d B,噪声系数（Noise Figure,NF）仅0.8～1.35d B。2.第二款LNA为了优化线性度和稳定性,采用了共源共栅（cascode）结构,并在放大单元内部引入了两种稳定性优化电容。后仿真结果显示,在22～39GHz频带内,cascode LNA的输出1d B压缩点（Output 1d B-Compression Point,OP1d B）最高达22d Bm,而单级放大器的稳定系数K在0～100GHz频带内均大于1.5。3.第三款LNA针对二端口回波性能不足的问题,采用了平衡式放大器技术。为了优化噪声和增益平坦度,LNA单元采用了混合式共源/共源共栅结构,并在级间匹配网络中引入了第三条串联谐振支路。后仿真结果显示,平衡式LNA在18～30GHz频带内的输入输出回波损耗优于25d B,增益和噪声系数分别为21～24d B和0.8～1d B。4.第四款LNA采用了超宽带的分布式放大器技术。为了优化低频噪声,分布式LNA的栅极传输线采用了有源终端负载。后仿真结果显示,该LNA在6GHz以下的低频噪声系数仅1.5d B,在800MHz～40GHz频带内增益大于14d B。上述四款LNA因采用了第三代半导体GaN工艺,均实现了大于14d Bm的OP1d B,部分频段更是达到了22d Bm,线性度相比第一、第二代半导体LNA是一项独特的优势。本文的研究结果将为5G毫米波基站端的低噪声放大器设计提供相关技术参考。