ADS2GHz射频低噪声放大器的设计(2)
1981 年法国 Thomson-CSF 公司研制成功第一个低声高电子迁移率晶体管，在 10GHz 下，噪声系数为 2.3dB，增益为 10.3dB。在之后的五年里，HEMT 已经取得了显著的进展，成为公认的最适合微波应用的低噪声器件之一。在 60GHz 下，用 GaAs 基的 HEMT 器件能够达到的噪声系数为 1.7dB，而增益为 7.6dB。InP-HEMT 在 1987 年问世之后的几年里，噪声性能已经提高到令人惊奇的程度，是目前毫米波高端应用最好的低噪声器件。在 60GHz 下，InP-HEMT 能够达到噪声系数为 0.98dB，增益 8.6dB。 近年来随着微波、毫米波技术的迅速发展，微波通信、导航、制导、卫星通信以及军事电子对抗战和雷达等领域对放大器件的需求量也越来越大。尤其是低噪声放大器件，提出了更高的要求，以减小不需要的干扰因素，放大接收到的有用信号。另一方面，由于新材料、新工艺的不断出现，以及半导体技术的迅速发展，各种新的射频模块层出不穷，使得微波、毫米波有源电路的研制周期不断缩短，且电路集成度越来越高，体积越来越小。因此，为了适应未来形势的发展需要，我们有必要缩短研制设计周期，研制高性能、低噪声、小体积的微波放大器件，这已是目前国内国际各个应用领域的关键环节之一。 由于放大器在各类微波系统中的重要作用，近一、二十年来，国外对于这类器件的投入和研究都很多。随着集成度和微波工艺的迅速提高，人们对放大器件的性能指标也提出了更高的要求。为了适应更为广泛的情况，宽频带、低噪声的放大器越来越受到人们的青睐。 现在的微波应用对于体积的要求是越小越好，因此，如何减小放大器的体积也成为现在微波技术的关键之一。目前，国外大多采用高度集成的单片集成电路（MMIC）的形式。与欧美等发达国家相比，国内制作工艺发展比较慢。 单片微波集成电路是采用平面技术，将元器件、传输线、互连线直接制作在半导体基片上的功能块，因此具有体积小、集成度高等优点；混合集成电路加工是借助于半导体工艺的制板与光刻技术，把分布参数电路制作在介质基片上，使得复杂的电路很容易很精确地进行复制。有源半导体器件单独焊装就可能事先进行测量挑选，因而电路生产重复性好。有源半导体器件的封装形式都是平面形，便于和平面微带线连接，而且微带电路是半开放式，方便进行微调和测试，虽然体积较大，但可获得更低的噪声，目前为止采用 MMIC 的 LNA 最小噪声仍然要高于混合 MIC 的产品。1989 年，由混合微波集成电路技术制成的三级 InP 基放大器在 60-65GHz 频段内，己经达到噪声系数 3.0dB，其相关增益为 22dB。三年以后，噪声系数已达到 1.6dB，相关增益为 16dB。 目前低噪声放大器绝大部分采用薄膜微带电路，用微带线网络构成输入匹配电路、级间匹配电路和输出匹配电路。微带电路都是用微波计算机辅助设计软件进行设计的，尽管电路结构和几何形状千差万别，但基本原则都是为了达到良好阻抗变换和阻抗匹配。 另外，近年出现的 LTCC（低温陶瓷共烧）工艺也广泛的应用在微波电路中，越来越多地受到重视。 在计算机时代到来以前，传统的设计有源低噪声电路的方法是采用旋转 Smith 圆图法，再经过人工的计算逐步进行设计。这种方法简单、易于掌握，但是操作起来麻烦，而且人工计算复杂，出现错误不易检查；设计的周期往往较长，如果一次不能成功，则设计周期将变得更长，浪费了大量财力，增加了研制成本。