100kHz～50GHz超宽带低噪声放大器模块研制

100kHz～50GHz超宽带低噪声放大器模块研制

张勉，梁安慧，张枢

中电科思仪科技股份有限公司， 山东 青岛 266555

摘要:介绍了100kHz～50GHz超宽带低噪声放大器模块的设计和制作。模块主要由低噪声放大器芯片、芯片偏置电路组成，在100kHz～50GHz超宽频带内实现了较低的噪声系数和良好频响，同时可提供增益调节功能满足用户特定测试需求。该低噪声放大器模块的测试结果：增益大于20dB，增益在0～20dB范围内可调，噪声系数≤8.0dB，输出1dB压缩点≥8.0dBm，输入输出端驻波比良好。

关键词：超宽带，放大器模块，增益调节，驻波比

1引言

电子技术的不断发展，推动着通信数据传输速率不断提高，这也意味着需要更大的带宽，对微波通用部件的性能提出了更高的要求。在过去几年，光通信、5G/6G通信、卫星通信、雷达等领域的发展，使微波通信频率已经从过去的S波段、Ka波段扩展到V波段。为使毫米波技术的发展，满足现在及未来的产品发展需求，开发超宽带高频通用放大模块尤为迫切。

本文研制的超宽带低噪声放大器基于自研超宽带低噪声放大器芯片设计，具有结构小巧， 1.85mm标准射频接口，可+7V单电源工作等特点，在100kHz～50GHz超宽频带内实现了较低的噪声系数和良好频响，同时可提供增益调节功能满足用户特定测试需求。

2模块整体设计

该超宽带低噪声放大器模块由两级放大器芯片组成，在尽量小的输出噪声前提下可将100kHz～50GHz的信号进行放大；通过控制偏置电压实现增益可调等功能。

2.1 微波电路设计

超宽带低噪声放大器模块的微波电路主要由两级低噪声放大器芯片组成，芯片采用中电科思仪科技股份有限公司自行设计生产的GaAs MMIC行波放大器，芯片外形尺寸为1600×950×0.05mm³，Vd =5～8 V,Vg = -5～0 V，正压静态电流100mA。在100kHz～50GHz频段内增益G≥13dB，输出1dB压点P-1dB≥10dBm，该款芯片具有良好的增益平坦度以及较大的输出功率，直流偏置电路为芯片提供稳定的电压偏置，减少外部电压波动对模块的影响，并提供负压保护功能，防止加电时序错误对模块造成损伤。

2.2 偏置电路设计

为保证模块实现增益可调功能，需要提供可靠的偏置电路。偏置电路必须为芯片提供稳定的偏置正负压及可调负压，并且不受外部电压变化影响。偏置电路中可调负压是电路设计的关键。运放芯片选择AD系列的运放芯片，芯片工作时的电源电压为±5V，具有较低的输入偏置电压，输出也有防短路结构。电压跟随器能够实现电压的缓冲与隔离。使用AD系列的运放芯片构成的电压跟随电路，如图1所示，其在运放的输入与输出部分放置电容用作滤波，并保证信号的质量。

图1 电压跟随电路

3模块测试结果

对设计好的超宽带低噪声放大器模块进行测试，测试模块实物如图2所示。

图2 100kHz～50GHz超宽带低噪声放大器模块实物图

采用中电科思仪科技股份有限公司的Ceyear 3672E矢量网络分析仪、Ceyear 16604HB智能噪声源、Ceyear 3986H噪声系数分析仪、Ceyear 2438PB微波功率计进行测试。测试主要包括模块的增益、回波损耗、噪声系数、增益可调指标。模块测试数据如图3～图5所示。

图3模块典型增益及回波损耗曲线        图4 模块噪声系数典型曲线

图5 模块增益可调功能测试曲线

可以看到，超宽带低噪声放大器模块在100kHz～50GHz增益大于20dB，增益在0～20dB范围内可调，噪声系数≤8.0dB，输入输出端驻波良好。

4 结语

本文设计并制作了100kHz～50GHz超宽带低噪声放大器模块。对模块中的微波电路及偏置电路进行了详细描述，其优良的超宽带、低噪声性能特别适合作为光电调制器驱动放大器使用，增益可调功能进一步拓展了产品应用范围，达到预期设计目标。

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