引言
卫星通信作为一种高效的通信手段长期以来被广泛应用，工作频段从早期的L/S/C波段，发展到后来的Ku/Ka频段，近年方兴未艾的低轨互联网星座更是将工作频段拓展到Q/V频段[1-5]。其中Ku频段卫通业务发展时间长成熟度高，在通信容量、设备体积、服务成本等方面均衡性好，广泛应用于卫星广播、动中通、应急通信等领域。低噪声放大器作为卫星下行信号接收放大的第一级，直接决定整个接收链路信号质量的好坏。
得益于半导体集成工艺的迅猛发展，高性能低噪声放大器芯片化已非难事。基于Si、GaAs、InP等半导体工艺，均能实现低噪声放大器芯片产品[6-12]。单芯片集成低噪声放大器射频性能优异，电路尺寸小、集成度高，但在面对Ku卫通这类成熟市场应用时也暴露出不足之处。首先由于芯片面积和成本强相关，单芯片全集成方式除管芯有源区外，大量芯片面积用来实现匹配网络、馈电去耦电路等各种无源电路，芯片面积不能进一步减小，导致单颗芯片的生产成本居高不下。其次在卫通地面设备中，低噪声放大器通常集成在低噪声变频接收模块（LNB）中，而为降低生产成本LNB模块中几乎所有电路都采用成本低廉且技术成熟的表贴电装工艺。若低噪声放大器采用裸芯片粘接+金丝键合的微组装工艺，工艺兼容性变差，增加整个LNB模块的生产工序复杂度和成本。另外虽然单芯片LNA在带宽/噪声系数方面性能优异，但使用中无法避免金丝键合带来的额外损耗，实际性能会有下降。
本文针对上述工程应用需求，不同于常规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，采用涵盖波导过渡、级联匹配、偏置电路以及稳定性改善等多个维度的全局优化设计方法，实现了高性能低噪声放大功能。该方案全部基于成熟的射频PCB和SMT装配工艺，材料成本低、工艺兼容性高，除管芯（GaAs器件，面积极小）外其余电路功能均在单层射频PCB板中实现，整个电路可作为复用单元在LNB模块中进行嵌入式集成。同时后期装配只需常规钎焊装配环境，在大规模生产时全周期成本都可压至极限，特别适于Ku卫通地面设备这种追求低成本的成熟民用领域。
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作者信息：
张凯，刘帅，赵晓冬
（西南电子技术研究所， 四川 成都 610036）
