【摘 要】
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低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA）是射频前端的核心部件之一。作为射频接收链路的第一级放大电路,LNA的噪声系数、增益、线性度等性能直接影响着射频接收机的性能。在实际应用中,LNA从天线接收到的信号幅度具有较大的变化范围,为了提升接收机的动态范围以及降低功耗,可变增益低噪声放大器（Variable Gain Low Noise amplifier,VGLNA）受到青睐。基
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低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA）是射频前端的核心部件之一。作为射频接收链路的第一级放大电路,LNA的噪声系数、增益、线性度等性能直接影响着射频接收机的性能。在实际应用中,LNA从天线接收到的信号幅度具有较大的变化范围,为了提升接收机的动态范围以及降低功耗,可变增益低噪声放大器（Variable Gain Low Noise amplifier,VGLNA）受到青睐。基于第三代半导体Ga N的微波单片集成电路（MMIC）在通信和雷达等应用上具有突出的优势,成为近年来射频技术的研究热点。随着5G技术的发展,毫米波频段LNA受到关注。相对于CMOS工艺,采用Ga N工艺的毫米波VGLNA和宽带LNA鲜有报道。基于硅基Ga N工艺,本文开展了面向射频前端应用的毫米波VGLNA及覆盖Ka波段的宽带LNA MMIC研究,主要研究以下内容:1)本文设计了一款硅基Ga N VGLNA MMIC芯片并对其进行投片与实测。测试结果显示该VGLNA实现了工作频带为20～26GHz,增益可变范围为-5～20d B,带内增益波动小于2d B,高增益状态下频带内噪声系数最低为1.79d B,P1d B平均为15d Bm的性能。VGLNA应用于射频接收端的测试结果显示在频带内也有20d B平坦的增益,增益可调范围为0～20d B,高增益状态下噪声系数最小为1.75d B,验证了Ga N VGLNA在射频前端系统中的适用性;2)基于Ga N变压器反馈的宽带放大电路结构分析,本文设计了两款硅基Ga N宽带低噪声放大器MMIC,其版图仿真结果显示工作频段为22～43GHz,可完全覆盖Ka频段。两款LNA都可达到工作频段内噪声系数低于2d B,增益大于20d B,增益波动小于2d B的性能,验证了基于变压器宽带结构在Ga N MMIC电路设计中的可行性。因此,本项目的研究有助于提升毫米波收发机灵敏度和线性度,其成果可应用于移动通信、雷达、消费电子等领域。
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