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摘要 基于0．15μm GaAs PHEMT工艺设计了一款C波段宽带单片集成低噪声放大器。电路由三级放大器级联而成，三级电路结构均使用电阻自偏压技术来实现单电源供电，它既可保证PHEMT管处于低噪声高增益的工作点，又可将所有元器件集成在单片GaAs衬底上，解决了供电复杂的问题。第三级电路采用了并联负反馈结构，降低了带内低频端增益，提高了高频端增益，从而改善了增益平坦度。利用微波仿真软件AWR对电路进行了仿真和优化，结果显示，在4～8GHz频带内，噪声系数1．4dB，增益达23±0．5dB，输入输出驻波比2．0：1。
关键词 自偏置；低噪声放大器；PHEMT；单片微波集成电路；C波段

低噪声放大器位于通信系统接收机的前端，可使整机系统噪声系数降低，从而提高系统接收灵敏度。随着微波、毫米波技术的发展，接收机系统对低噪声放大器工作频带及噪声系数等性能的要求不断提高。
宽带低噪声放大器中，由于场效应管栅极-漏极电容的存在，功率增益随频率的增加以大约6 dB／倍频的斜率下降，而且带宽内增益不稳定。增益补偿的宽带技术通常有4种电路形式：有源匹配式、电阻性阻抗匹配式、平衡电路式、行波式、负反馈式。负反馈式电路结构相对简单、体积小、成本低、成品率较高，对于单片低噪声放大器而言，采用负反馈式结构是较为普遍的方式。
近年来，基于GaAs HEMT工艺，采用负反馈技术的X、K、W等各波段宽带单片低噪声放大器皆有报道。文献提出一种C波段内5～6 GHz宽带单片低噪声放大器，采用GaAs PHEMT工艺，利用负反馈技术实现良好的性能。然而工作于4～8 GHz频段，带宽达4 GHz的单片微波集成低噪声放大器几乎未曾报道。
文中提出一款采用负反馈技术、具有自偏置结构的4～8 GHz宽带单片低噪声放大器。该放大器的单电源供电，与双电源供电相比，无需外接复杂的时序电源电路来实现正、负压按次序接入放大器的功能，既可保证PHEMT管处于低噪声高增益的工作点，又可将所有元器件集成在单片GaAs衬底上，使用方便。整个电路具有宽频带、高稳定性、低噪声、高增益等优良特性。

1 电路设计
1．1 电路拓扑结构
根据级联放大器噪声系数表达式

可知，第一级的噪声系数和增益基本决定了整个电路的噪声系数。本设计的三级放大电路中，在第一级电路中的晶体管源极添加合适的反馈电感L1，使晶体管最佳噪声匹配点与最佳驻波匹配点更接近，从而使放大器噪声匹配更容易，尤其在带宽较宽的情况。三级电路都采用了电阻自偏压网络结构，在第三级PHEMT管栅极和漏极之间接入RLC并联电路以获得良好的增益平坦度。
各级输入匹配采用T型宽带匹配网络，第一级输入匹配采用噪声匹配，其他输入、输出匹配网络采用共轭匹配，使放大器能够同时拥有低噪声系数和高功率输出能力。为了便于级联，输入、输出端都以50Ω串联电阻为标准，并在级联间加入电容以阻隔后级的直流偏置。图1给出了三级低噪声放大器的电路拓扑结构图，虚线框(a、b、c)为电阻自偏压电路，虚线框(d)为并联负反馈电路。

1．2 理论分析
常见并联负反馈的单级放大器结构及理想小信号模型如图2(a)，图2(b)所示。在栅极和漏极之间添加由电容Cf和电阻Rf串联形成的反馈支路，Rf为反馈电阻，电容Cf主要起隔断直流的作用。

关键词： GHz 宽带 单片集成 低噪声