引言

衛(wèi)星通信作為一種高效的通信手段長期以來被廣泛應(yīng)用，工作頻段從早期的L/S/C波段，發(fā)展到后來的Ku/Ka頻段，近年方興未艾的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座更是將工作頻段拓展到Q/V頻段[1-5]。其中Ku頻段衛(wèi)通業(yè)務(wù)發(fā)展時(shí)間長成熟度高，在通信容量、設(shè)備體積、服務(wù)成本等方面均衡性好，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星廣播、動(dòng)中通、應(yīng)急通信等領(lǐng)域。低噪聲放大器作為衛(wèi)星下行信號接收放大的第一級，直接決定整個(gè)接收鏈路信號質(zhì)量的好壞。

得益于半導(dǎo)體集成工藝的迅猛發(fā)展，高性能低噪聲放大器芯片化已非難事。基于Si、GaAs、InP等半導(dǎo)體工藝，均能實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器芯片產(chǎn)品[6-12]。單芯片集成低噪聲放大器射頻性能優(yōu)異，電路尺寸小、集成度高，但在面對Ku衛(wèi)通這類成熟市場應(yīng)用時(shí)也暴露出不足之處。首先由于芯片面積和成本強(qiáng)相關(guān)，單芯片全集成方式除管芯有源區(qū)外，大量芯片面積用來實(shí)現(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)、饋電去耦電路等各種無源電路，芯片面積不能進(jìn)一步減小，導(dǎo)致單顆芯片的生產(chǎn)成本居高不下。其次在衛(wèi)通地面設(shè)備中，低噪聲放大器通常集成在低噪聲變頻接收模塊（LNB）中，而為降低生產(chǎn)成本LNB模塊中幾乎所有電路都采用成本低廉且技術(shù)成熟的表貼電裝工藝。若低噪聲放大器采用裸芯片粘接+金絲鍵合的微組裝工藝，工藝兼容性變差，增加整個(gè)LNB模塊的生產(chǎn)工序復(fù)雜度和成本。另外雖然單芯片LNA在帶寬/噪聲系數(shù)方面性能優(yōu)異，但使用中無法避免金絲鍵合帶來的額外損耗，實(shí)際性能會(huì)有下降。

本文針對上述工程應(yīng)用需求，不同于常規(guī)LNA全集成芯片的MCM（Multichip Module）方案，而是基于高性能GaAs未匹配塑封管芯器件，采用涵蓋波導(dǎo)過渡、級聯(lián)匹配、偏置電路以及穩(wěn)定性改善等多個(gè)維度的全局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了高性能低噪聲放大功能。該方案全部基于成熟的射頻PCB和SMT裝配工藝，材料成本低、工藝兼容性高，除管芯（GaAs器件，面積極小）外其余電路功能均在單層射頻PCB板中實(shí)現(xiàn)，整個(gè)電路可作為復(fù)用單元在LNB模塊中進(jìn)行嵌入式集成。同時(shí)后期裝配只需常規(guī)釬焊裝配環(huán)境，在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)全周期成本都可壓至極限，特別適于Ku衛(wèi)通地面設(shè)備這種追求低成本的成熟民用領(lǐng)域。

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作者信息：

張凱，劉帥，趙曉冬

（西南電子技術(shù)研究所， 四川 成都 610036）