本發(fā)明涉及低噪聲放大器，具體是涉及KU波段低噪聲放大器。

背景技術(shù)：

射頻接收機(jī)位于天線(xiàn)下一級(jí)，負(fù)責(zé)接收信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、混頻、濾波等之后傳遞給基帶進(jìn)行處理。圖1為傳統(tǒng)的超外插式接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖，其中低噪聲放大器(LNA)位于接收機(jī)的最前端，是射頻接收系統(tǒng)中第一個(gè)有源電路，其直接接收來(lái)自天線(xiàn)的有用信號(hào)，同時(shí)可以有效的抑制噪聲信號(hào)的放大，將有用信號(hào)放大后傳遞給后級(jí)電路進(jìn)行處理，因此LNA是整個(gè)射頻接收系統(tǒng)非常關(guān)鍵的模塊，直接決定了接收機(jī)的信號(hào)靈敏度。當(dāng)接收信號(hào)很小時(shí)，LNA能夠以很小的附加噪聲將有用信號(hào)進(jìn)行放大，當(dāng)輸入信號(hào)很大時(shí)，LNA可以無(wú)失真的對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，LNA的噪聲系數(shù)必須越小越好，同時(shí)要求具有一定的增益，其需要與前后級(jí)形成良好的匹配，除此之外還需要考慮穩(wěn)定性系數(shù)，線(xiàn)性度等指標(biāo)。

在LNA電路設(shè)計(jì)中通常選用源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足一個(gè)電阻性的輸入阻抗，以便與前級(jí)形成良好的阻抗匹配。通?？紤]以下三種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：共柵放大器源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)、反相器放大器源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)和共源共柵放大器源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，其中共源共柵放大器源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)可以有效降低彌勒效應(yīng)對(duì)放大器的性能的影響，具備良好的反向隔離性，并且其輸入輸出匹配簡(jiǎn)單，因此該種結(jié)構(gòu)是目前LNA設(shè)計(jì)中普遍采用的結(jié)構(gòu)。

共柵結(jié)構(gòu)電感源級(jí)負(fù)反饋低噪聲放大器如圖2所示，其中C₁是隔直電容，防止直流分量進(jìn)入晶體管，當(dāng)射頻輸入時(shí)其相當(dāng)于短路，并參與輸入匹配；C₂為輸出端至下一級(jí)的寄生電容，我們一般取為0.5pF，它也將參與輸出匹配；L_s為源極串聯(lián)電感，其在工作頻率時(shí)與晶體管源極的寄生電容發(fā)生諧振，L_d為漏極串聯(lián)電感，其在工作頻率時(shí)與晶體管漏極的寄生電容發(fā)生諧振。Y_L是放大器的負(fù)載，一般為0.02S，即提供50歐姆的輸出電阻。

反相器結(jié)構(gòu)電感源級(jí)負(fù)反饋低噪聲放大器如圖3所示。該種電路結(jié)構(gòu)利用了電流復(fù)用技術(shù)，晶體管M1和M2類(lèi)型相反，以反相器的形式將柵極連接在一起，可以在低電流的情況下獲得較大的電路跨導(dǎo)g_m，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的電路截止頻率ω_T。其中兩個(gè)源極電感L_s1、L_s2和柵極電感L_g配合使用，產(chǎn)生源極負(fù)反饋；其輸出端需要增加匹配網(wǎng)絡(luò)之后與后級(jí)相連。

共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋低噪聲放大器(cascode結(jié)構(gòu))如圖4所示，其中晶體管M1源極與電感Ls相連，形成電感源極負(fù)反饋，該級(jí)主要是可以提供良好的輸入匹配和噪聲系數(shù)；同時(shí)M1作為M2的源極負(fù)載出現(xiàn)，而M2則相當(dāng)于共柵LNA結(jié)構(gòu)，該級(jí)是為了提供足夠的增益，同時(shí)抑制共源級(jí)晶體管的柵漏寄生電容，使得輸入和輸出端很好隔離，提高LNA的穩(wěn)定性，同時(shí)增強(qiáng)噪聲性能。由于該結(jié)構(gòu)可以有效降低彌勒效應(yīng)對(duì)放大器的性能的影響，具備良好的反向隔離性，并且其輸入輸出匹配簡(jiǎn)單，因此該種共源共柵源極負(fù)反饋結(jié)構(gòu)是目前LNA設(shè)計(jì)中普遍采用的基本結(jié)構(gòu)。

總體來(lái)講單端LNA其優(yōu)點(diǎn)是功耗低，三階交調(diào)失真小，然而也存在很多問(wèn)題，其中最主要的問(wèn)題是其輸入阻抗受源極寄生電感的影響嚴(yán)重。

KU波段的頻率受?chē)?guó)際有關(guān)法律保護(hù)，KU頻段下行從10.7到12.75GHz，上行從12.75到18.1GHz。KU波段衛(wèi)星單轉(zhuǎn)發(fā)器功率一般比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛(wèi)星EIRP較大，加上KU波段接收天線(xiàn)效率高于C波段接收天線(xiàn)，因此接收KU波段衛(wèi)星節(jié)目的天線(xiàn)口徑遠(yuǎn)小于C波段，從而可有效地降低接收成本，方便個(gè)體接收。KU波段衛(wèi)星廣播的主要特點(diǎn)：(1)C波段衛(wèi)星廣播遭受地面微波等干擾源的同頻干擾比較嚴(yán)重，而KU波段的地面干擾很小，KU波段頻率高，一般在12.5～18GHz之間，不易受微波輻射干擾，大大地降低了對(duì)接收環(huán)境的要求；(2)接收KU波段的天線(xiàn)口徑尺寸小，便于安裝也不易被發(fā)現(xiàn)；(3)KU頻段寬，能傳送多種業(yè)務(wù)與信息；(4)KU波段下行轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射功率大(大約在100W以上)，能量集中，方便接收；KU波段衛(wèi)星數(shù)字廣播上行系統(tǒng)要適合于數(shù)字傳輸?shù)奶厥庖?，這就要求上行系統(tǒng)要有更低的相位噪聲、更好地幅頻特性和群時(shí)延特性。

申請(qǐng)?zhí)?01310648430.X，發(fā)明創(chuàng)造名稱(chēng)“一種實(shí)現(xiàn)片上輸入輸出50歐姆匹配的低噪聲放大器”公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)片上輸入輸出50歐姆匹配的低噪聲放大器，包括輸入輸出匹配電路、共源共柵放大電路和旁路電容；所述放大電路采用典型的源極電感負(fù)反饋的共源共柵結(jié)構(gòu)，采用Chrt0.18μm RF CMOS工藝實(shí)現(xiàn)了片上的輸入輸出50歐姆匹配的電路設(shè)計(jì)。此電路采用傳統(tǒng)Si基cmos工藝為基礎(chǔ)的晶體管器件組成，但在KU波段下不能夠有效工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種KU波段低噪聲放大器，包括第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)、第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，所述的第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)通過(guò)級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)和第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)相連接；所述的第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路，所述的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路連接，以實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的噪聲系數(shù)≦1.2dB；所述的第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)包括第二級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，所述的第二級(jí)共源共柵放大結(jié)構(gòu)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)連接，以實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的增益≧20dB。

優(yōu)選地，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括輸入電阻R1、第一電容C1、第二電容C2、第一電感L1、第二電感L2；輸入電阻R1一端接地，另一端連接第一電容C1，第一電容C1另一端和第一電感L1連接；第一電感L1另一端和所述的第二電容C2連接；第二電容C2另一端接地；第二電感L2一端接地，另一端和第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路相連接。

優(yōu)選地，第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路包括第一共源級(jí)晶體管T1、第一共柵級(jí)晶體管T2和第三電感L3；共源級(jí)晶體管T1的柵端和第一電容C1、第一電感L1均相連接，其源端和第二電感L2相連接，其漏端和第一共柵級(jí)晶體管T2的源端連接；第一共柵級(jí)晶體管T2的柵端通過(guò)第三電感L3和其漏端相連接。

優(yōu)選地，級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)包括第三電容C3、第四電容C4、第四電感L4；第三電容C3的一端和第一共源級(jí)晶體管T1的漏端、第一共柵級(jí)晶體管T2的漏端均相連接，另一端和第四電感L4連接；第四電感L4的另一端和第四電容C4連接；第四電容C4另一端接地。

優(yōu)選地，第二級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路包括第五電感L5、第七電感L7、第二共源級(jí)晶體管T4、第二共柵級(jí)晶體管T3；第五電感L5一端接地，另一端和第二共源級(jí)晶體管T4的源端連接；第二共源級(jí)晶體管T4的柵端和第四電感L4、第四電容C4均相連接，其漏端和第二共柵級(jí)晶體管T3、第七電感L7均相連接，第七電感L7另一端接地，第二共柵級(jí)晶體管T3的柵端通過(guò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和其漏端連接。

優(yōu)選地，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)包括第五電容C5、第六電感L6、輸出電阻R2；第六電感L6一端和第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3的柵端連接，另一端和第二共柵級(jí)晶體管T3的漏端連接；第五電容C5和第二共柵級(jí)晶體管T3的漏端、第六電感L6均相連接，另一端連接輸出電阻R2，所述的輸出電阻R2另一端接地。

優(yōu)選地，第一共源級(jí)晶體管T1、所述的第一共柵級(jí)晶體管T2、所述的第二共源級(jí)晶體管T4、所述的第二共柵級(jí)晶體管T3均采用肖特基柵InAs/AlSb HEMT。

優(yōu)選地，可實(shí)現(xiàn)片上輸入輸出50歐姆匹配。

優(yōu)選地，L1是792.6pH，L2是130.0pH，L3是3.5nH，L4是613.7pH，L5是16.9pH，L6是1.1nH，L7是617.0pH，C1是10pF，C2是24.9fF，C3是20pF，C4是1.1pF，C5是6.7pF。

優(yōu)選地，低噪聲放大器工作頻帶為12GHz～18GHz，電路滿(mǎn)足無(wú)條件穩(wěn)定。

本發(fā)明的第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)(cascode結(jié)構(gòu))目的是為了實(shí)現(xiàn)較小的噪聲系數(shù)，第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)(cascode結(jié)構(gòu))目的是為了提供較大的增益，C1是輸入隔直電容，可以阻止直流信號(hào)進(jìn)入晶體管造成損傷，其在射頻信號(hào)輸入時(shí)相當(dāng)于短路，L2和L1分別為第一共源級(jí)HEMT晶體管T1的源極負(fù)反饋電感和柵極電感，R1、C1、L1、C2、L2共同組成該LNA的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。C3、L4、C4組成兩級(jí)cascode結(jié)構(gòu)的級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)。C5為L(zhǎng)NA輸出端至下一級(jí)的寄生電容，L6為第二共柵級(jí)HEMT晶體管T4的漏極電感，其與T4管的漏極寄生電容發(fā)生諧振，L6、C5、R2組成了LNA的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。

AlSb材料與InAs材料晶格失配很小，兩種材料的能帶差約為1.27eV，可以形成很高的電子勢(shì)壘，有利于深電子勢(shì)阱的產(chǎn)生，使得InAs和AlSb形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)具備很高濃度的二維電子氣密度。因此以AlSb為勢(shì)壘層InAs為溝道層的InAs/AlSb高電子遷移率晶體管(HEMT)器件具備非常優(yōu)異的物理性能，如高截止頻率、極低功耗和良好的噪聲性能等。

自從1987年，第一只InAs/AlSb HEMT晶體管誕生，到現(xiàn)在已經(jīng)有近30年的發(fā)展歷史。2006年歐洲航天局著手開(kāi)展InAs/AlSb HEMT器件研究，欲將InAs/AlSb HEMT用于深空探測(cè)接收機(jī)的放大器(LNA)中，在此浪潮的推動(dòng)下，InAs/AlSb HEMT在科學(xué)家眼中得到了更多的重視，從而開(kāi)展了更加專(zhuān)業(yè)的研究。本發(fā)明的晶體管均采用InAs/AlSb HEMT器件，該器件均采用傳統(tǒng)肖特基柵結(jié)構(gòu)來(lái)制備。肖特基InAs/AlSb HEMT具備結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、工藝可行性高等特點(diǎn)。由于InAs/AlSb HEMT器件溝道的禁帶寬度很窄，使得碰撞離化效應(yīng)顯著，這將導(dǎo)致InAs/AlSb HEMT的輸出特性曲線(xiàn)出現(xiàn)Kink效應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生很大的柵極泄漏電流，使得器件的功耗增加，可靠性下降。碰撞離化效應(yīng)與頻率強(qiáng)相關(guān)，一般對(duì)于InAs/AlSb HEMT器件而言，碰撞離化效應(yīng)在10GHz以下表現(xiàn)得非常明顯，但隨著頻率的繼續(xù)增加，其對(duì)器件性能的影響逐步減弱。在低頻處，碰撞離化效應(yīng)將惡化器件的增益和噪聲，但會(huì)增加器件的跨導(dǎo)和輸出電導(dǎo)，漏源電容Cds將會(huì)有所降低，而柵源電容Cgs則會(huì)明顯提高，碰撞離化效使S22在低頻段呈感性，從而使得器件實(shí)際的工作性能遠(yuǎn)不能達(dá)到理論預(yù)期。InAs/AlSb HEMT的主要噪聲源為溝道和柵極熱噪聲，以及柵極散粒噪聲。

本發(fā)明的KU波段低噪聲放大器的晶體管采用肖特基InAs/AlSb HEMT，利用其高電子遷移率的特性，在KU波段碰撞離化效應(yīng)弱的特點(diǎn)，并根據(jù)肖特基InAs/AlSb HEMT在電路中特性，研究出采用兩級(jí)cascode結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)連接，并研究出適合的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。該發(fā)明具有以下有益效果：

(1)增益(S21)最小為20dB，且具備良好的增益平坦度；

(2)在工作帶寬內(nèi)，輸入匹配S11、輸出匹配S22噪聲系數(shù)小于-10dB，整個(gè)低噪聲放大器的噪聲≦1.2dB；

(3)在KU波段內(nèi)K＞1，即電路滿(mǎn)足無(wú)條件穩(wěn)定。

(4)匹配網(wǎng)絡(luò)在KU波段12GHz～18GHz工作頻帶內(nèi)各頻點(diǎn)的性能得到均衡和優(yōu)化。

(5)第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)(cascode結(jié)構(gòu))目的是為了實(shí)現(xiàn)較小的噪聲系數(shù)，第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)(cascode結(jié)構(gòu))目的是為了提供較大的增益，兩級(jí)cascode結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)連接，很好的滿(mǎn)足KU波段低噪聲放大器的工作需求。

附圖說(shuō)明

圖1是超外插式接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是共柵結(jié)構(gòu)電感源級(jí)負(fù)反饋低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是反相器結(jié)構(gòu)電感源級(jí)負(fù)反饋低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋低噪聲放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是KU波段低噪聲放大器的系統(tǒng)框圖；

圖6是KU波段低噪聲放大器的電路圖；

圖7是KU波段InAs/AlSb HEMT LNA噪聲系數(shù)仿真結(jié)果圖；

圖8是KU波段InAs/AlSb HEMT LNA增益仿真結(jié)果圖；

圖9是InAs/AlSb HEMT LNA噪聲圓與增益圓仿真圖；

圖10是S11的Smith圓圖形式模擬結(jié)果圖；

圖11是S11的仿真dB曲線(xiàn)圖；

圖12是S22的Smith圓圖形式模擬結(jié)果圖；

圖13是S22的仿真dB曲線(xiàn)；

圖14是LNA的穩(wěn)定性仿真結(jié)果圖；

圖15是InAs/AlSb HEMT LNA穩(wěn)定性系數(shù)K仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

為更好的說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例一

如圖5所示，KU波段低噪聲放大器，包括第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)、第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)通過(guò)級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)和第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)相連接；第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路連接，以實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的噪聲系數(shù)小于1.2dB；第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)包括第二級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，第二級(jí)共源共柵放大結(jié)構(gòu)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)連接，以實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的增益≧20dB。

實(shí)施例二

如圖5、6所示，KU波段低噪聲放大器，包括第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)、第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)通過(guò)級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)和第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)相連接；第一級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路連接，以實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的噪聲系數(shù)小于1.2dB；第二級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)包括第二級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，第二級(jí)共源共柵放大結(jié)構(gòu)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)連接，以實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的增益≧20dB。

輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括第一電容C1、第二電容C2、第一電感L1、第二電感L2；第一電容C1一端連接輸入端，另一端和第一電感L1連接；第一電感L1另一端和第二電容C2連接；第二電容C2另一端接地；第二電感L2一端接地，另一端和第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路相連接。

第一級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路包括第一共源級(jí)HEMT晶體管T1、第一共柵級(jí)HEMT晶體管T2和第三電感L3；共源級(jí)HEMT晶體管T1的柵端和第一電容C1、第一電感L1均相連接，其源端和第二電感L2相連接，其漏端和第一共柵級(jí)HEMT晶體管T2的源端連接；第一共柵級(jí)HEMT晶體管T2的柵端通過(guò)第三電感L3和其漏端相連接。

級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)包括第三電容C3、第四電容C4、第四電感L4；第三電容C3的一端和第一共源級(jí)HEMT晶體管T1的漏端、第一共柵級(jí)HEMT晶體管T2的漏端均相連接，另一端和第四電感L4連接；第四電感L4的另一端和第四電容C4連接；第四電容C4另一端接地。

第二級(jí)共源共柵結(jié)構(gòu)放大電路包括第五電感L5、第七電感L7、第二共源級(jí)HEMT晶體管T4、第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3；第五電感L5一端接地，另一端和第二共源級(jí)HEMT晶體管T4的源端連接；第二共源級(jí)HEMT晶體管T4的柵端和第四電感L4、第四電容C4均相連接，其漏端和第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3、第七電感L7均相連接，第七電感L7另一端接地，第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3的柵端通過(guò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和其漏端連接。

輸出匹配網(wǎng)絡(luò)包括第五電容C5、第六電感L6；第六電感L6一端和第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3的柵端連接，另一端和第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3的漏端連接；第五電容C5和第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3的漏端、第六電感L6均相連接，另一端接輸出端。

實(shí)施例三

如圖5、6所示，KU波段低噪聲放大器，其電路結(jié)構(gòu)如實(shí)施例二，第一共源級(jí)HEMT晶體管T1、第一共柵級(jí)HEMT晶體管T2、第二共源級(jí)HEMT晶體管T4、第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3均采用肖特基柵

InAs/AlSb HEMT。

實(shí)施例四

如圖5、6所示，KU波段低噪聲放大器，其電路結(jié)構(gòu)如實(shí)施例二，第一共源級(jí)HEMT晶體管T1、第一共柵級(jí)HEMT晶體管T2、第二共源級(jí)HEMT晶體管T4、第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3均采用肖特基柵InAs/AlSb HEMT，可實(shí)現(xiàn)片上輸入輸出50歐姆匹配。

實(shí)施例五

如圖5、6所示，KU波段低噪聲放大器，其電路結(jié)構(gòu)如實(shí)施例二，第一共源級(jí)HEMT晶體管T1、第一共柵級(jí)HEMT晶體管T2、第二共源級(jí)HEMT晶體管T4、第二共柵級(jí)HEMT晶體管T3均采用肖特基柵InAs/AlSb HEMT，可實(shí)現(xiàn)片上輸入輸出50歐姆匹配，低噪聲放大器工作頻帶為12GHz～18GHz，電路滿(mǎn)足無(wú)條件穩(wěn)定。

本實(shí)施例通過(guò)ADS2009A軟件對(duì)KU波段LNA電路進(jìn)行仿真，利用ADS軟件中的goal插件設(shè)置優(yōu)化值和優(yōu)化目標(biāo)對(duì)匹配電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。選取噪聲系數(shù)NF，增益Gain(S21)以及輸入輸出駐波比S11和S22為關(guān)鍵目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，首先選取的數(shù)值優(yōu)化方法為radom隨機(jī)法，通過(guò)該方法計(jì)算出各元件的初始值，之后切換至Gradient梯度法對(duì)目標(biāo)值進(jìn)行進(jìn)一步逼近，優(yōu)化后的各元件值如表1所示。

表1KU波段InAs/AlSb HEMT LNA中各元件取值

利用ADS對(duì)KU波段InAs/AlSb HEMT LNA性能進(jìn)行仿真，下面對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

1、噪聲系數(shù)

如圖7所示，噪聲系數(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在12-18GHz頻帶范圍內(nèi)，該LNA的噪聲系數(shù)NF(nf2)幾乎維持在1.1-1.2dB之間。在16-18GHz的高頻段范圍內(nèi)，nf2和最小噪聲系數(shù)NFmin幾乎重合，說(shuō)明在該頻段內(nèi)通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)，噪聲基本已經(jīng)達(dá)到最小。

以15.4GHz為例，LNA內(nèi)部各元件貢獻(xiàn)噪聲電壓的大小采樣值如表2所示，發(fā)現(xiàn)各晶體管對(duì)噪聲貢獻(xiàn)的順序基本上是T1＞T3＞T4＞T2，可見(jiàn)第一級(jí)cascode的共源級(jí)晶體管T1作為整個(gè)LNA的第一個(gè)輸入貢獻(xiàn)了最多的噪聲電壓，這與級(jí)聯(lián)噪聲網(wǎng)絡(luò)噪聲特性保持一致；而對(duì)于第二級(jí)cascode結(jié)構(gòu)，共源級(jí)HEMT T3對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)大于共柵級(jí)HEMT T4；而第一級(jí)cascode結(jié)構(gòu)中的共柵級(jí)HEMT T2管貢獻(xiàn)了最小的噪聲。(總的噪聲電壓并非每一項(xiàng)噪聲電壓的簡(jiǎn)單疊加，而是各項(xiàng)噪聲電壓的均方和再開(kāi)方)

表2KU波段InAs/AlSb HEMT LNA 15.4GHz頻率下各元件噪聲貢獻(xiàn)采

樣值列表

2、增益

如下圖8所示，在12-18GHz頻帶范圍內(nèi)，該LNA的增益S21約為20dB，且增益平坦度指標(biāo)良好，控制在±0.4dB范圍之內(nèi)。仿真結(jié)果表明該LNA具備非常好的增益性能，滿(mǎn)足增益指標(biāo)要求。

圖9為增益圓和噪聲圓的對(duì)比圖。圖中實(shí)線(xiàn)圓為不同頻率下的等噪聲圓，這里選取了1GHz為步進(jìn)進(jìn)行掃描。最外側(cè)由小圓圈組成的大圓為等增益圓?？梢?jiàn)噪聲圓始終在增益圓內(nèi)部，說(shuō)明該LNA匹配電路設(shè)計(jì)合理，可以滿(mǎn)足最小噪聲和最大增益的共同要求。

3、反射系數(shù)(駐波比)

S11的模擬結(jié)果如圖10、11所示。其中，圖10為S11的Smith圓圖形式模擬結(jié)果，在12-18GHz內(nèi)基本圍繞在Smith圓的圓心周?chē)?；圖11為S11的仿真dB曲線(xiàn)，幾乎在全頻范圍內(nèi)低于-10dB(其中在16GHz處S11低于-18dB，但在高頻點(diǎn)上S11表現(xiàn)稍差，在-9.2dB左右)。因此，總體來(lái)講該輸入匹配滿(mǎn)足發(fā)明目的。

S22的模擬結(jié)果如圖12、13所示。其中圖12為S22的Smith圓圖形式模擬結(jié)果，在12-18GHz內(nèi)基本圍繞在Smith圓的圓心周?chē)?；圖13為S22的仿真dB曲線(xiàn)，幾乎在全頻范圍內(nèi)低于-10dB(其中在16.2GHz處S22達(dá)到-15dB，但在高頻點(diǎn)上則表現(xiàn)稍差，在-9.2dB左右)。因此，總體來(lái)講該輸出匹配基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4、穩(wěn)定性分析

LNA的穩(wěn)定性仿真結(jié)果如圖14所示。在12-18GHz頻帶范圍內(nèi)，穩(wěn)定性系數(shù)K＞1，滿(mǎn)足絕對(duì)穩(wěn)定條件，表明在該頻段內(nèi)無(wú)論外加信號(hào)源如何響應(yīng)均不會(huì)產(chǎn)生自激震蕩。另外，穩(wěn)定性系數(shù)也可以用Muprime和Mu1曲線(xiàn)來(lái)衡量，當(dāng)Mu1完全在Muprime之下時(shí)表示完全穩(wěn)定，如圖15所示。因此該LNA滿(mǎn)足穩(wěn)定性指標(biāo)要求。

KU波段InAs/AlSb HEMT LNA采用了兩級(jí)共源共柵級(jí)聯(lián)電感源級(jí)負(fù)反饋級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中第一級(jí)為了實(shí)現(xiàn)較小的噪聲系數(shù)，第二級(jí)則為了提供較大的增益。仿真結(jié)果表明KU波段InAs/AlSb HEMT LNA具備良好的性能指標(biāo)，在12GHz～18GHz的工作頻段內(nèi)，其增益(S21)約為20dB，增益平坦度小于±0.4dBc，噪聲系數(shù)基本小于1.2dB，S11和S22基本小于-10dB，且電路滿(mǎn)足無(wú)條件穩(wěn)定。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。