طراحی یک تقویت‌کننده کم نویز یکپارچه در باند Ka با استفاده از فناوری µm InGaAs pHEMT 15/0

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه حکیم سبزواری

چکیده

در این مقاله، یک تقویت­کننده کم نویز در باند Ka به‌صورت یکپارچه با استفاده از فناوری µm InGaAs pHEMT 15/0 برای کاربرد در گیرنده­های ماهواره­ای ارائه می­گردد. این تقویت­کننده که متشکل از سه‌طبقه می­باشد پس از طراحی و شبیه­سازی، جانمایی شده و به‌صورت تمام موج شبیه­سازی شده است. حداکثر عدد نویز تقویت­کننده در بازه فرکانسی GHz 32 تا GHz 37 برابر با dB 8/1 و محدوده تغییرات بهره برابر dB 4/0 ± 7/20 به‌دست آمده است. میزان تلفات بازگشتی در ورودی و خروجی نیز بهتر از dB 16 و نقطه فشردگی بهره dB 1 در خروجی برابر با dBm 13 حاصل شده است. مساحت کل اشغال‌شده طرح نهایی برابر با mm2 3/1 × 6/1 می­باشد. تقویت­کننده­های طبقات مختلف از نوع سورس مشترک با پیکربندی source degenerated بوده و تلاش شده است تا حد امکان تطبیق امپدانس با استفاده از خط انتقال بجای سلف پیاده­سازی شود. پایداری مدار نیز در بازه فرکانسی وسیع تاGHz  45 برآورده شده که برای بهبود آن از یک مقاومت و مدار تشدید موازی در مسیر تغذیه کمک گرفته شده است.

کلیدواژه‌ها


   [1]      Z. Yang, T. Yang, and Y. Liu, “A Ka-Band Four-Stage Self-Biased Monolithic Low Noise Amplifier”, J. Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, vol. 30, no.5, pp. 417-422, 2009.##
   [2]      Bo Chen, W. Huang, G. Yanng, and Y. Guo, "A Broadband Low Noise Amplifier MMIC in 0.15µm GaAs pHEMT Technology", IEEE Pros. Elec. Power. App., vol. 152, no. 5, 2010.##
   [3]      S. Fujimoto et al., "Ka-band ultra low noise MMIC amplifier using pseudomorphic HEMTs," 1997 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Denver, CO, USA, pp. 17-20 vol.1, 1997.##
   [4]      S. Zandian and A. Bijari, “Low Noise Figure and High Conversion Gain CMOS LNA-Mixer for WLAN Applications”, Journal of Applied Electromagnetics, Vol. 1, No. 2, pp. 19-31, 2018 (In Persian).##
   [5]      Y. Kwon, D. Deakin, E. Sovero, and J. Higgins, “High-Performance Ka-B and Monolithic Low-Noise Amplifiers Using 0.2-pm Dry-R-ecessed GraAs PHEMT’s”, IEEE Microw. and Guided wave Lett., vol. 6, no.. I, July 1996.##
   [6]      E. C. Niehenke., "The evolution of low noise devices and amplifiers," IEEE/MTT-S International Microwave Symposium Digest, Montreal, QC, 2012, pp. 1-3.##
   [7]      P. Longhi, L. Pace, S. Colangeli, W. Ciccognani, E. Limiti, "Technologies, Design, and Applications of Low-Noise Amplifiers at Millimetre-Wave: State-of-the-Art and Perspectives" Electronics. Vol. 8 , no. 11, pp. 1222, 2019.##
   [8]      G. Polli, M. Vittori, W. Ciccognani, S. Colangeli, F. Costanzo, A. Salvucci, E. Limiti, “Ka-/V-band self-biased LNAs in 70 nm GaAs/InGaAs Technology”, Radio Frequency Circuits and Systems, PRIME 2018, Prague, Czech Republic.##
   [9]      B. Razavi, RF Microelectronics, 2nd ed., NJ, USA: Prentice-Hall, 2012. ##
[10]      A. Salvucci, P. E. Longhi, S. Colangeli, W. Ciccognani, A. Serino and E. Limiti, "A straightforward design technique for narrowband multi-stage low-noise amplifiers with I/O conjugate match", Int. J. RF Microw. Comput.-Aided Eng., vol. 29, no. 9, Sep. 2019.##
[11]      Q. Wang and Y. Guo, "Ka-Band Self-Biased Monolithic GaAs pHEMT Low Noise Amplifier", IEEE International Conference on Microwave Technology & Computational Electromagnetics, pp. 261-263, May 2011.##
[12]      D. Cuadrado-Calle, D. George and G. Fuller, "A GaAs Ka-band (26–36 GHz) LNA for radio astronomy," IEEE International Microwave and RF Conference (IMaRC), Bangalore, 2014, pp. 301-303.##
[13]      H. Lin et al., "Design of a Ka-band monolithic low noise amplifier," IEEE Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC), Chongqing, 2015, pp. 171-174 .##
[14]      P. Å. Nilsson et al., "Cryogenic low noise amplifiers in an InP HEMT MMIC process," Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Nanjing, 2015, pp. 1-3.##
[15]      J. Schleeh, N. Wadefalk, P. Nilsson, J. P. Starski and J. Grahn, "Cryogenic Broadband Ultra-Low-Noise MMIC LNAs for Radio Astronomy Applications," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, no. 2, pp. 871-877, Feb. 2013.##
[16]      Y. Tang, N. Wadefalk, M. A. Morgan and S. Weinreb, "Full Ka-band High Performance InP MMIC LNA Module," IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, San Francisco, CA, 2006, pp. 81-84.##
[17]      Advanced Design System (ADS), [online] Available: https://www.keysight.com/en/pc-1375582/advanced- design-system-ads-simulation-elements?cc=IR&lc=eng., 2019.##
[18]      Inder J. Bahl. Fundamentals of RF and Microwave Transistor Amplifiers. 1st ed. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc; 2009.##
[19]      P. Mahmoudidaryan and A. Medi, "Codesign of Ka-Band Integrated Limiter and Low Noise Amplifier," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 64, no. 9, pp. 2843-2852, Sept. 2016.##
[20]      H. Uchida et al., "Ka-band multistage MMIC low-noise amplifier using source inductors with different values for each stage," in IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 9, no. 2, pp. 71-72, Feb. 1999.##
[21]      GAO Yuan, ZHANG Bao-jun, ZHANG Bo, “Design of on-chip 15~18 GHz ultra low noise amplifier”, The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications, vol. 21, no. 4, pp. 15-18, August 2014.##
[22]      Fatima Salete Correra and Eduardo Amato Tolezani, “Methodology for MMIC Layout Design”, Journal of Microwaves and Optoelectronics, Vol. 6, No. 1, pp. 17-27, June 2007.##
[23]      Ziqiang Yang, Tao Yang, Jun Xie and Ruimin Xu, "The design of a Ka-band two-stage monolithic low noise amplifier," Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, Suzhou, 2005, pp. 3##
[24]      Ziqiang Yang & Tao Yang & Yu Liu, "A Ka-band Four-stage Self-biased Monolithic Low Noise Amplifier", Journal of Infrared Millimeter Terahertz Waves, vol.30, pp. 417-422, Feb. 2009.##