HEMT器件小信号等效电路低温模型的提取与分析

高电子迁移率晶体管(HEMT)的小信号等效电路模型是研制低噪声放大器与分析晶体管微波特性的基础.本文通过测量HEMT器件在低温环境下(10K、77K)直流参数与散射参数(S参数),提出了一种能够直接提取低温环境下HEMT器件小信号等效电路中各元件参数的方法,并且根据器件的I~V模型分析了低温下直流参数变化的原因.在覆盖10GHz以下频段分别提取栅长为0.15μm与0.3μm两款HEMT器件的小信号等效电路低温模型,实验显示理论计算结果与实测的S参数具有很好的吻合度.     

场效应器件低温特性与低噪声放大器

高温超导滤波器与低噪声放大器(LNA)组成的射频接收机前端设备具有高选择性、高灵敏度和极低的噪声,因而展现出广阔的应用前景.本文研究了场效应器件的低温物理特性和电学参数,研制了一种适用于高温超导微波接收系统的低温低噪声放大器,在60K工作温度下,具有很好的噪声特性.包括高电子迁移率场效应晶体管在内的元件参数均在60K温度下进行了实际测量.放大器的各项指标与设计值吻合,工作频段为800MHz～850MHz,增益大于18dB,输入输出驻波比小于1.2,噪声系数小于0.22dB.     

低温放大器噪声测试平台结构设计与测试方法

本文介绍了一种低温放大器快速准确噪声测试方法,及低温测试平台的结构设计,分析了测试系统的测量误差,并给出测试平台在L波段低温放大器测试结果,噪声测试误差<±1.5 K。结果表明,高精度噪声测试系统的建立为低温放大器的研制提供了必要条件。     

超导接收前端用制冷HEMT低噪放电控组件设计

超导接收前端以超导滤波器和高电子迁移率晶体管(HEMT)低温放大器构成核心微波电路,其HEMT放大器在低温下拥有极低的工作噪声,但对偏置供电的要求很高,只有在特定偏置下,系统才拥有最佳的工作稳定度、高增益和低噪声。本文针对多信道超导接收前端,设计了一种多通道、模块化,带程控通讯的超导接收前端用HEMT低噪放电控组件,为设备核心射频通道提供供电、切换和远程控制。其供电偏置可调、供电纹波≤3 mV,并提供多路TTL电平接口,支持RS485数据通讯控制,便于模块化安装,在超导接收前端分机中工作状况良好。     

X波段低温低噪声放大器的研制

介绍了X波段低温低噪声放大器的设计和实验结果。该放大器采用HEMT器件三级级联,频率范围为8 500MHz~8 850 MHz,在环境温度大约20K的环境下,噪声温度小于11K,输入输出回波损耗小于-25dB,功耗小于25mW,0~40GHz内无条件稳定。     

低温低噪声放大器的预修正设计与实现

本文给出了一种设计低温LNA的预修正设计方法.首先按照LNA常温设计方法设计低温LNA,然后,测量出低温情况下LNA的S参数.忽略匹配网络常低温下的变化,利用软件抠除输入输出匹配网络对S参数的影响.然后,利用这个低温参数模型优化匹配网络使低温LNA各项性能均达到设计要求.最后利用这种方法设计并实现了一款频率范围0.8GHz～2.4GHz驻波小于1.5,增益大于23dB,纹波小于1,噪声小于0.5dB的低温低噪声放大器.     

极低温散粒噪声测试系统及隧道结噪声测量

介观体系输运过程中载流子的离散性导致了散粒噪声.通过测量散粒噪声可以得到传统的基于时间平均值的电导测量无法得到的随时间涨落信息,因而作为一种重要手段在极低温量子输运研究中得到了一定的应用.极低温环境下的噪声测量是一种难度很大的极端条件下的微弱信号测量,通常需要在低温端安装前置放大器并且尽量靠近待测器件以提高测量信噪比和带宽,因此对放大器的噪声水平和功耗都有严格的要求.提出了在稀释制冷机内搭建的散粒噪声测量系统,以及利用此套系统得到了在mK温区超导隧道结散粒噪声的测量结果.自行研制的高电子迁移率晶体管低温前置放大器采用整体封装,便于安装在商用干式稀释制冷机的4 K温区,本底电压噪声为0.25 nV/√Hz,功耗仅为0.754 mW.通过对隧道结进行散粒噪声测量,得到的Fano因子和理论计算吻合.     

Ku波段低温低噪声放大器设计

本文采用插指电容新结构设计了一个Ku波段低温低噪声放大器(LNA),并通过优化的封装工艺制备了放大器样品,分析了隔离器对LNA性能的影响.在77K温度下测试结果表明,放大器增益约10dB,噪声系数小于2.0dB,反射系数小于-17dB.     

深空测控系统X波段低温接收组件

为满足探月工程及火星探测等深空测控的需求,开展具有极低噪声和发射频率功率强抑制双重要求的X波段低温接收组件的研制。采用隔热技术和阻抗匹配技术实现了隔热传输线从常温(300K)到低温(12K)的良好隔热和极低损耗;采用超导滤波器实现低的引入噪声的同时实现对发射频率的强抑制,避免其对接收频段的干扰;通过场效应管参数提取及源极负反馈等电路设计方法实现了极低噪声低温放大器的研制。通过热仿真设计将低温工作部件降至所需温度,以降低其引入的噪声温度。通过以上关键技术的解决,实现了接收组件在8.4-8.5GHz频率范围内:噪声温度≤11.4K;增益≥56.1dB;发射频率抑制≥141dB。很好满足了深空测控系统极低噪声和发射频率强抑制的需求。     

电子器件散粒噪声测试方法研究

本文分析了超导量子干涉器(SQUID)和超导-绝缘-超导(SIS)约瑟夫森结散粒噪声测试方法的应用局限性,提出了常规器件的散粒噪声测试方案.针对常规电子器件散粒噪声特性,研究了噪声测试基本条件,并建立了低温测试系统.通过采用双层屏蔽结构和超低噪声前置放大器,实现了较好的电磁干扰屏蔽和极低的背景噪声.在10 K温度下对常规二极管散粒噪声进行了测试,通过理论和测试结果对比分析,验证了测试系统的准确和可信性. 关键词： 散粒噪声 电子器件 噪声测试     

High-efficiency S-band harmonic tuning GaN amplifier

In this paper, we present a high-efficiency S-band gallium nitride （GaN） power amplifier （PA）. This amplifier is fabri- cated based on a self-developed GaN high-electron-mobility transistor （HEMT） with 10 mm gate width on SiC substrate. Harmonic manipulation circuits are presented in the amplifier. The matching networks consist of microstrip lines and discrete components. Open-circuited stub lines in both input and output are used to tune the 2rid harmonic wave and match the GaN HEMT to the highest efficiency condition. The developed amplifier delivers an output power of 48.5 dBm （70 W） with a power-added efficiency （PAE） of 72.2% at 2 GHz in pulse condition. When operating at 1.8-2.2 GHz （20% relative bandwidth）, the amplifier provides an output power higher than 48 dBm （,-~ 65 W）, with a PAE over 70% and a power gain above 15 dB. When operating in continuous-wave （CW） operating conditions, the amplifier gives an output power over 46 dBm （40 W） with PAE beyond 60% over the whole operation frequency range.     

具有陷波电路结构的P波段低温低噪声放大器

该文的工作是设计和制作了一种具有陷波电路结构的P波段低温低噪声放大器。在低温75K环境下,工作频段为250-350MHz的范围内,该低温低噪声放大器具有优异的性能,噪声系数小于0.4dB,增益为14.4dB,增益平坦度小于0.05dB,输入反射损耗S11<-20dB,输出反射损耗S22<-20dB。同时在工作频段外的高温超导滤波器寄生通带内,该低温低噪声放大器成功实现了传输陷波响应,加强了系统对前端高温超导滤波器产生的寄生通带的衰减和抑制。     

高电子迁移率晶体管放大器高功率微波损伤机理

在TCAD半导体仿真环境中,建立了0.25 m栅长的AlGaAs/InGaAs高电子迁移率晶体管(HEMT)低噪声放大器与微波脉冲作用的仿真模型,基于器件内部的电场强度、电流密度和温度分布的变化,研究了1 GHz的微波从栅极和漏极注入的损伤机理。研究结果表明,从栅极注入约40.1 dBm的微波时,HEMT内部峰值温度随着时间的变化振荡上升,最终使得器件失效,栅下靠源侧电流通道和强电场的同时存在使得该位置最容易损伤;从漏极注入微波时,注入功率的高低会使器件内部出现不同的响应过程,注入功率存在一个临界值,高于该值,器件有可能在第一个周期内损伤,损伤位置均在漏极附近。在1 GHz的微波作用下,漏极注入比栅极注入更难损伤。     

X-band inverse class-F GaN internally-matched power amplifier

An X-band inverse class-F power amplifier is realized by a 1-mm Al Ga N/Ga N high electron mobility transistor(HEMT).The intrinsic and parasitic components inside the transistor,especially output capacitor Cds,influence the harmonic impedance heavily at the X-band,so compensation design is used for meeting the harmonic condition of inverse class-F on the current source plane.Experiment results show that,in the continuous-wave mode,the power amplifier achieves 61.7% power added efficiency(PAE),which is 16.3% higher than the class-AB power amplifier realized by the same kind of HEMT.To the best of our knowledge,this is the first inverse class-F Ga N internally-matched power amplifier,and the PAE is quite high at the X-band.     

Ka频段低温限幅放大器设计

通过对核心低温器件进行低温参数测试的方式进行选型和设计,制作了一款MMIC集成结构的Ka频段低温限幅放大器,测试结果表明,在物理环境温度20 K下,工作频带32 GHz~38 GHz范围内,其噪声温度T_e≤73 K,增益≥16.8 dB,限幅耐功率电平≥2 W,能够有效提升接收机系统灵敏度和抗烧毁能力。