用于多频段通信应用的K/Ka波段频率可重构氮化镓低噪声放大器

一、引言 本文介绍了一种基于0.15μm氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管工艺的频率可重构低噪声放大器（LNA）。该LNA利用基于开关的可重构谐振器（SBRR）调整谐振频率，并在下带外区域引入传输零点，实现频率重构。实验验证了集成SBRR的K/Ka波段频率可重构LNA，其在21/30 GHz时的信小信号增益为13.9/8.9 dB，噪声系数为2.4/3.2 dB，测量输出功率1-dB压缩点（OP）为5.5/6.7 dBm。

二、开关HEMT分析 GaN HEMT开关在导通状态和关断状态下的等效电路可以用集中式串联电阻、电感和电容(RLC)电路来建模。开关的寄生参数可以通过电路设计加以利用，简化整体电路的复杂性。本文提出的开关HEMT具有不同的栅宽和指数量，其RLC电路参数随栅宽和指数量变化。

三、可重构谐振器分析与设计 开关HEMT可以通过利用其在导通状态和关断状态下的独特阻抗来操控电容或电感的电抗，从而修改电感-电容（LC）谐振器的谐振频率。本文提出的SBRR网络由HEMT开关、电容器和转换线组成，通过开关的栅极控制电压变化，在低频段引入传输零点，抑制无用信号。

四、电路设计与实现 本文提出的FR-LNA由三个放大级组成，具有可重构的级间和输出级匹配网络。输入级和输出级匹配网络均采用SBRR实现频段切换。可重构元件的应用易于实现，并具有简单的结构，从而实现紧凑的芯片尺寸。

五、实验结果 本文制造了集成了SBRR的K/Ka波段频率可重构LNA芯片，并进行了实验测试。测试结果表明，该LNA在21/30 GHz时的增益分别为13.9/8.9 dB，噪声系数分别为2.4/3.2 dB，输出功率1-dB压缩点分别为5.5/6.7 dBm。此外，该LNA具有良好的动态范围，输入参考截点（IIP3）在21 GHz和30 GHz分别为2.56 dBm和14.77 dBm。

六、结论 本文提出的氮化镓FR-LNA展示了可重构的频率能力，并展示了与其CMOS和GaAs相当的FOM。该方法为设计可重构或多频段低噪声放大器提供了一种替代方案，尤其适用于X波段卫星通信系统。