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低噪声放大器的高功率微波效应研究

低噪声放大器的高功率微波效应研究

作者：任茂仁电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代社会的发展,电磁环境日益复杂,微波干扰和电磁辐射现象越来越普遍,并且射频和半导体器件的制程工艺越来越小,集成程度不断提高,往往通信系统的功能和内部器件的组成越复杂,受到电磁干扰的后果约严重。高功率微波(HPM)具有的频... 详细信息

随着现代社会的发展,电磁环境日益复杂,微波干扰和电磁辐射现象越来越普遍,并且射频和半导体器件的制程工艺越来越小,集成程度不断提高,往往通信系统的功能和内部器件的组成越复杂,受到电磁干扰的后果约严重。高功率微波(HPM)具有的频率高、功率高等特性,往往更容易对电子或通信系统产生干扰或损伤。接收机是通信系统发生前门耦合最主要的部件,所以研究接收机内部典型器件的HPM效应可为重要通信设备的电磁防护提供数据参考。本文以接收机内部的典型器件低噪声放大器(LNA)为效应研究目标,开展了在HPM耦合后,LNA的效应模拟仿真和注入实验研究,具体的研究内容如下:根据LNA的技术指标和设计步骤,在ADS中搭建了单级和两级的LNA电路,满足了设计指标;利用谐波平衡仿真工具分别对设计的单级和两级的LNA电路进行了非线性效应仿真,通过分析计算结果得出:当输入LNA的功率较小时,输出功率随着输入功率近似呈线性增加,即增益稳定;当输入功率超过一定强度后,LNA逐渐达到饱和的工作状态,表现为输出功率基本保持不变,增益逐渐减小;当输入信号的频率不同时,LNA的输出功率和增益随着输入功率的变化趋势基本相同,即LNA的非线性效应与输入信号频率的相关性较弱;利用瞬态响应仿真工具分别对设计的单级和两级的LNA电路进行了各极电压的仿真。分析计算结果得出:HPM脉冲信号注入两级LNA时,第一级栅极的瞬态电压值最高,并且增加趋势最显著,其他栅极、漏极的节点电压变化不明显且电压值较低,即第一级放大器的栅极最敏感,最易受到干扰或损伤;瞬态电压的数值与注入的脉冲上升沿、脉冲宽度的相关性较弱。对LNA进行了注入效应实验,搭建了对LNA的注入实验平台,通过实验得到了在注入不同功率时,受测LNA在频段2.4～2.5 GHz内的增益曲线;由增益突然的降低,得到了LNA发生损伤效应的功率阈值为31 d Bm;分析数据得到了LNA的增益随注入功率的变化曲线。

关键词：高功率微波低噪声放大器效应模拟仿真注入效应实验

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低噪声放大器高重频脉冲损伤机理研究

低噪声放大器高重频脉冲损伤机理研究

作者：叶东林电子科技大学

学位级别：硕士

接收机前端系统中,低噪声放大器(LNA)和混频器是较为核心且灵敏的敏感器件,高功率微波(High Power Microwave,HPM)电磁环境下容易受到前门耦合损伤,造成接收机功能失效。HPM电磁环境波形参数丰富,包括功率、频率、脉宽、重频等。研究表... 详细信息

接收机前端系统中,低噪声放大器(LNA)和混频器是较为核心且灵敏的敏感器件,高功率微波(High Power Microwave,HPM)电磁环境下容易受到前门耦合损伤,造成接收机功能失效。HPM电磁环境波形参数丰富,包括功率、频率、脉宽、重频等。研究表明,微波脉冲波形参数对典型电子器件效应阈值表征影响很大,其中微波脉冲功率、频率和脉宽等参数效应机理已基本明确。但高重频参数下(大于kHz)HPM效应机理研究较少。随着HPM电磁辐射重频参数的不断提高,了解及掌握高重频HPM电磁脉冲对低噪放的损伤效应及机理非常重要。基于热动力学与电子电路拓扑类比方法,论文构建了低噪声放大器的高重频毁伤效应电路模型,通过该电热耦合电路模型在电路仿真软件ADS下进行LNA电路级的瞬态热毁伤效应模拟仿真,从温升规律角度合理解释了高重频微波脉冲作用下,低噪声放大器的热积累毁伤效应机理规律;开展了S波段BJT低噪声放大器效应样品设计、加工与测试;搭建了S波段高重频微波脉冲注入效应试验平台,开展了重频(1Hz～10MHz)参数的HPM效应试验研究,获得脉冲重频参数对LNA损伤阈值与损伤概率的影响规律。仿真计算与试验数据分析表明:脉冲重频低于500kHz时,仿真计算显示无明显温升积累,脉冲重频大于500kHz后,每一个脉冲循环后器件温度均有一定程度的升高,多个脉冲循环后器件由于温度过高而烧毁,并且温度积累程度与脉冲重频和脉冲数量成正相关。注入试验表明LNA的损伤阈值与重频呈明显的拐点特征,拐点值范围约500kHz～1MHz。在脉冲重频大于拐点值时,出现了明显的脉冲积累效应,LNA损伤阈值随着脉冲数和重频的增加而减小、损伤概率与脉冲数和重频成正相关。而脉冲重频低于拐点值时,LNA的损伤阈值与损伤概率无明显变化,与重频和脉冲数无关。实验与仿真结果的高重频毁伤阈值相差不大,重频参数的毁伤机理规律基本一致,实验验证了本文热毁伤模型的有效性。

关键词：低噪声放大器 HPM效应高重频脉冲热电耦合热积累效应

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

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红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 187-191页

作者：李泽坤陈继新郑司斗洪伟东南大学毫米波全国重点实验室江苏南京210096 紫金山实验室江苏南京211111

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现... 详细信息

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

关键词：砷化镓赝配高电子迁移率晶体管低噪声放大器宽带 W波段

6.5~10 GHz超宽带低噪声放大器的抗干扰设计

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电子学报 2023年第7期51卷 1970-1976页

作者：高宇飞雷倩倩徐化刘启航李连碧冯松西安工程大学理学院陕西西安710048 射线柔性防护技术陕西省高校工程研究中心陕西西安710048 深圳市纽瑞芯科技有限公司广东深圳518000

本文基于SMIC 28 nm CMOS工艺设计了一款应用于超宽带协议的具有带外噪声抑制功能的全集成低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA),并提出了一种新型的LC串并联两级滤波结构.通过利用滤波器极点补偿LNA带内增益的设计方法,合理设计滤波... 详细信息

本文基于SMIC 28 nm CMOS工艺设计了一款应用于超宽带协议的具有带外噪声抑制功能的全集成低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA),并提出了一种新型的LC串并联两级滤波结构.通过利用滤波器极点补偿LNA带内增益的设计方法,合理设计滤波负载等效电路的极点,使其略高于零点频率,在保证了LNA通带增益和噪声的情况下提高了滤波深度.对所设计的LNA进行了EMX建模及仿真验证.结果表明,该LNA在6.5~10 GHz的工作频带内,S_(21)高达21.17~25.28 d B,S_(11)小于-10.58 d B;S_(22)小于-11.20 d B,带内噪声系数仅为2.14~2.51 d B;带阻滤波器在5.8 GHz处可提供-35.45 d B的噪声抑制;在0.9 V供电电压下,LNA的静态功耗仅为9.36 m W.

关键词：超宽带零极点分析 LC滤波器低噪声放大器

2.4 GHz频段射频前端高线性度SiGe低噪声放大器设计

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第10期50卷 77-83页

作者：傅海鹏史昕宇天津大学微电子学院天津300072

为满足高性能射频前端接收部分对高线性度的需求,基于SiGe BiCMOS工艺设计并实现了一款工作在2.4 GHz频段的高线性度低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA).该放大器采用Cascode结构在增益与噪声之间取得平衡,在Cascode结构输入和输出... 详细信息

为满足高性能射频前端接收部分对高线性度的需求,基于SiGe BiCMOS工艺设计并实现了一款工作在2.4 GHz频段的高线性度低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA).该放大器采用Cascode结构在增益与噪声之间取得平衡,在Cascode结构输入和输出间并联反馈电容,实现输入端噪声与增益的同时匹配.设计了一种改进的动态偏置有源电流镜以提升输入1 dB压缩点及输入三阶交调点的线性度指标.为满足应用需求,LNA与射频开关及电源模块集成组成低噪声射频前端接收芯片进行流片加工测试.测试结果表明:在工作频率2.4~2.5GHz内,整个接收芯片增益为14.6~15.2 dB,S_(11)、S_(11)<-9.8 dB,NF<2.1 dB,2.45 GHz输入1 dB压缩点为-2.7 dBm,输入三阶交调点为+12 dBm.芯片面积为1.23 mm×0.91 mm.该测试结果与仿真结果表现出较好的一致性,所设计的LNA展现出了较好的线性度表现.

关键词：低噪声放大器线性度射频前端芯片 BiCMOS工艺

基于65 nm CMOS工艺的小型化高增益低噪声放大器设计

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电子学报 2023年第3期51卷 593-600页

作者：郭庆陈雨庭段宗明吴先良安徽大学电子信息工程学院安徽合肥230000 中国电子科技集团第三十八研究所安徽合肥230000

基于65 nm互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺研制了一款用于X波段的小型化高增益低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA).通过研究晶体管尺寸和偏置电压对噪声系数和增益性能的影响,确定了低噪... 详细信息

基于65 nm互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺研制了一款用于X波段的小型化高增益低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA).通过研究晶体管尺寸和偏置电压对噪声系数和增益性能的影响,确定了低噪声高增益情况下晶体管尺寸和偏置电压的取值.针对LNA的输入、输出和级间匹配,采用变压器匹配网络,使得LNA尺寸缩小至0.33 mm×0.73 mm,同时提高了电路的隔离度.在变压器中嵌入并联电容,降低了变压器的耦合系数.基于差分共源拓扑结构,引入中和电容技术,有效地抑制了晶体管栅-漏间寄生电容引起的米勒效应,提高了LNA的增益和稳定性.测试结果表明,在1 V电源电压下,该LNA的带内最大增益为22.9 dB,最小噪声系数为2.8 dB,功耗为49 mW.在射频收发系统中,本款LNA具有良好的应用前景.

关键词： CMOS 低噪声放大器共源变压器中和电容

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低噪声放大器的注入损伤效应研究

安全与电磁兼容 2024年第3期 49-56,62页

作者：陈政宇李峙孙美秋崔强项道才中国电子技术标准化研究院

低噪声放大器是射频前端电路中非常敏感的部分,易受到强电磁环境辐射经天线耦合所产生大电压/电流的影响,出现性能降级甚至损伤击穿等问题。文章以典型低噪声放大器作为研究对象,分别采用连续波和脉冲波信号对低噪声放大器开展注入损伤... 详细信息

低噪声放大器是射频前端电路中非常敏感的部分,易受到强电磁环境辐射经天线耦合所产生大电压/电流的影响,出现性能降级甚至损伤击穿等问题。文章以典型低噪声放大器作为研究对象,分别采用连续波和脉冲波信号对低噪声放大器开展注入损伤试验,以其增益作为主要参考参数,研究了低噪声放大器的注入损伤效应。分析了注入信号中心频率、脉冲重复频率和脉冲宽度等参数对低噪声放大器的损伤阈值的影响,旨在为射频电路器件级的电磁安全防护提供参考。

关键词：低噪声放大器注入损伤效应损伤阈值

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低噪声放大器通过匹配网络的ESD保护设计

北京大学学报（自然科学版） 2014年第4期50卷 745-752页

作者：严伟王雨辰王振宇时广轶北京大学软件与微电子学院北京100871 上海北京大学微电子研究院(SHRIME) 上海201203 中国科学院上海高等研究院上海201210 北京大学深圳研究生院深圳518055

将GaAs PHEMT工艺设计应用于北斗卫星导航的LNA电路,工作频率为2.45 GHz,噪声系数为0.55dB,并在输入输出的匹配网络上添加ESD保护。通过使用ADS2011进行仿真,对比分析有ESD保护的电路与没有ESD保护的电路,得到以下结论:虽然考虑ESD保护... 详细信息

将GaAs PHEMT工艺设计应用于北斗卫星导航的LNA电路,工作频率为2.45 GHz,噪声系数为0.55dB,并在输入输出的匹配网络上添加ESD保护。通过使用ADS2011进行仿真,对比分析有ESD保护的电路与没有ESD保护的电路,得到以下结论:虽然考虑ESD保护使电路的性能有一些下降,如增益从16 dB下降到15 dB,但噪声系数几乎没有变化;加入ESD保护后,可以极大地提高电路整体的性能和鲁棒性,使电路能够很好地抵抗静电干扰。

关键词：静电泄漏低噪声放大器阻抗匹配鲁棒性

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低噪声放大器的设计与仿真

核电子学与探测技术 2014年第3期34卷 359-361页

作者：王军张秀华中物院电子工程研究所绵阳621900

低噪声放大器在接收系统中能有效提高系统信噪比和接收机灵敏度,是接收系统的关键部件,它包括输入匹配网络、微波晶体管放大器和输出匹配网络。根据低噪声放大器设计的原理,设计一个3 GHz单级低噪声放大器,经过技术指标分析,采用NEC公... 详细信息

低噪声放大器在接收系统中能有效提高系统信噪比和接收机灵敏度,是接收系统的关键部件,它包括输入匹配网络、微波晶体管放大器和输出匹配网络。根据低噪声放大器设计的原理,设计一个3 GHz单级低噪声放大器,经过技术指标分析,采用NEC公司低噪声产品系列NE3210S01N沟道HJ-FET。阐述了如何利用Agilent公司的ADS软件进行分析和优化设计该电路的过程,仿真结果完全满足设计指标,对于低噪声放大器的设计研究有着重要的参考价值。

关键词：低噪声放大器匹配信噪比稳定系数