4～8 GHz宽带单片集成低噪声放大器设计
文献给出小信号模型中PHEMT管的S参量表达式为
由式(2)～式(4)可以发现，不考虑寄生参数时，S参数与频率无关，增益和输入输出回波损耗比较稳定。
高频时PHEMT的寄生参数对微波性能影响较大。由于栅源电容Cgs的存在，当反馈支路中的电阻Rf增大时，寄生参数的作用较明显，放大器带宽变窄，|S21|随频率滚降。为克服此缺点，文中采用负反馈单级放大器拓扑结构，如图3所示。在反馈环中串接电感Lf，使带内低频端支路阻抗变小，反馈量增加；高频端支路阻抗变大，反馈量减少。另外，串接电感补偿了受PHEMT管寄生参数扰乱的S21相位，使反馈得以正
常进行。
另外，文中结构采用电阻自偏压技术，偏置由有源晶体管器件自身栅源极形成压差作为负压源，电压值为-Vd，即Rd两端电压Vd的负值。源极串联的电阻Rd引入了噪声并导致增益下降，在电阻两端接入一个旁路电容Cd，使射频信号直接通过电容耦合到地而避免能量衰减。这种结构实现了单电源供电，与常见的双电源供电方式相比，不需要为防止栅极受损、漏极过流而损坏，专门设计能保证负压先、正压后供电顺序的特定电源电路，有效简化了偏置网络，减少了系统设计的难度。
2 仿真分析
文中基于微波仿真软件AWR Microwave Office，对放大器电路偏置工作点、稳定性、噪声系数以及S参数进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。
2．1 偏置点选取
偏置电路给场效应管提供一个直流工作点，直流工作点影响着最小噪声系数与最大稳定增益。设计中放大器三级晶体管均选用栅长为0．15μm、栅宽尺寸为4×50μm的PHEMT晶体管。对晶体管的直流工作点进行扫描，管芯的I-V特性曲线和最小噪声系数(NFmin)、最大稳定增益MSG随VGS变化的曲线如图4和图5所示。
从图4和图5可以看出，当VDS=2 V时，KGS为一0．3 V处的最小噪声系数仅比最低点高0．02 dB，此时最大稳定增益比最高点低1 dB。第一、二级放大器选取此工作点能够兼顾噪声系数与增益的要求，第三级考虑到放大器的线性输出功率，选取偏置点为最大饱和漏极电流Idss的50％左右。最终实现5 V单电源供电下，直流供电电流为38 mA。三级PHEMT晶体管各级偏置如表1所示。
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