基于LTCC技術的S波段低噪聲放大器的小型化設計

摘要： 分析了低溫共燒陶瓷(LTCC) 的技術優勢和低噪聲放大器的工作原理， 介紹了該放大器的小型化設計與內埋置方法， 提出了一種合理的電路拓撲結構， 從而減少了電路的面積與元器件數量。為電路與系統的小型化與低成本設計提供一個參考。

　　0 引言

　　低溫共燒陶瓷(LTCC) 技術是上世紀80年代中期出現的一種新型多層基板工藝技術， 低溫共燒陶瓷(LTCC) 采用獨特的材料體系， 故其燒結溫度很低， 并可與金屬導體共同燒制， 從而大大提高了電子器件的性能。

　　本文利用低溫共燒陶瓷(LTCC) 技術的優勢設計了一種用于無線局域網的小型化、低噪聲的放大器。事實上， 低噪聲微波放大器(LNA) 目前已經應用于微波通信、GPS 接收機、遙感遙控、雷達、電子對抗、射電天文、大地測繪、電視及各種高精度的微波測量系統中， 而且， 隨著工業技術的發展， 其小型化技術也越來越受到人們的關注。

　　1 LTCC的技術優勢

　　與普通的FR4板材相比， LTCC基板具有明顯的高頻優勢。由于其三維多層集成功能， 因此，與傳統的微波板(主要是聚四氟乙烯PTFE類產品) 相比， LTCC在體積上占有明顯的優勢。此外， LTCC材料的介電常數范圍寬， 可適應各種頻段的應用需求。與HTCC相比， 由于LTCC燒結溫度低， 可采用低熔點、低損耗的銀、金等導體漿料進行布線印刷， 因而極大地降低了LTCC產品的損耗； 并且與半導體工藝的熱脹系數非常接近， 更利于有源/無源集成。綜上所述， LTCC技術具有如下優點：

　　◇ LTCC材料具有優良的高頻高Q特性， 使用頻率可高達幾十GHz， 能很好的滿足日益發展的無線射頻微波應用要求；

　　◇ 使用銀、金、銅及其合金等高電導率的金屬材料作為導體材料， 有利于提高電路系統的品質因子， 制作的電路導體損耗小；

　　◇ 集成度高， 低溫共燒陶瓷(LTCC) 可以制作層數很高的電路基板， 一般可以達到幾十層甚至上百層， 并可將多個無源組件埋入其中， 而且能集成的組件種類多、參量范圍大。除L/R/C外，LTCC還可將敏感組件、EMI抑制組件、電路保護組件等集成在一起， 并對有源器件/芯片可表貼，以實現有源/無源集成， 有利于提高電路的組裝密度；

　　◇ 可適應大電流及耐高溫特性要求， 并具備比普通PCB電路基板更優良的熱傳導性；

　　◇ 可靠性高， 耐高溫、高濕、沖振， 可應用于惡劣環境， 如軍事通訊設備、航空航天電子、汽車電子等；

　　◇ 成本較低， 屬于非連續式生產工藝， 允許對生瓷基板進行檢查， 從而提高成品率， 降低生產成本。

　　2 整體設計方案

　　2.1 低噪聲放大器設計原理

　　低噪聲放大器與一般的放大器的不同之處在于， 低噪放是按照噪聲來最佳匹配而并非最大增益點， 因此， 增益相對會下降。噪聲最佳匹配情況下的增益稱為相關增益。通常相關增益比最大增益大概低2～4dB。

　　2.2 性能指標、器件選擇與單級電路仿真

　　本設計采用兩級放大， 指標要求如下： 噪聲系數Q0.8dB；增益R24dB；增益平坦度為±0.5dB；輸入輸出駐波Q1.3， 且DC～14GH穩定。

　　設計時， 第一級放大器可選用ATF55143，它的優勢是增益高， 噪聲系數小， 體積小， 工作電流較小， 靜態工作點穩定， 不易自激。其基板采用ferro公司的A6膜片并考慮到內埋置電感、電容與機械強度等因素， 電路基板的厚度為0.6mm。