研究目的
设计并展示一种采用100纳米硅基氮化镓技术（GaN on Silicon）的微波低噪声放大器（LNA），实现低噪声系数、高增益及高线性度，其性能达到或优于现有砷化镓（GaAs）技术水平。
研究成果
采用100纳米硅基氮化镓技术设计的四级低噪声放大器，在23至31吉赫兹频段内实现2.2-2.8分贝的噪声系数、25-29分贝的增益，以及高达17分贝毫瓦的输出P3dB值。该设计证明氮化镓技术在保持与砷化镓相当噪声性能的同时，能提供更高增益和线性度，适用于5G移动系统等应用场景。未来工作可聚焦于优化输入匹配及探索更高频段。
研究不足
由于采用低噪声匹配设计，输入回波损耗仅低于-10 dB，这可能并非适用于所有应用场景。该技术已实现商业化，但与更成熟的技术相比，可能存在可扩展性或成本限制。测量仅限于晶圆级测试，可能无法完全反映封装后的性能表现。
1：实验设计与方法选择：
该低噪声放大器（LNA）采用商用100纳米硅基氮化镓技术设计为四阶单片微波集成电路（MMIC）。设计重点聚焦于实现低噪声系数、高增益与高线性度，运用安捷伦先进设计系统（ADS）的理论模型与算法进行仿真设计。
2：样品选择与数据来源：
LNA芯片通过OMMIC D01GH硅基氮化镓工艺制造，采用晶圆级测试对制成芯片进行测量。
3：实验设备与材料清单：
设备包含用于增益与回波损耗测量的矢量网络分析仪、用于噪声系数测量的微波噪声系数分析仪及晶圆探针；材料包括栅宽4×25微米的氮化镓高电子迁移率晶体管器件。
4：实验流程与操作规范：
LNA偏置电压设置为5V或3.5V漏极电压，使用矢量网络分析仪测量增益与回波损耗，噪声系数分析仪测量噪声系数，输出P3dB用于表征线性度，所有测量均在23至33GHz频段进行。
5：5V漏极电压，使用矢量网络分析仪测量增益与回波损耗，噪声系数分析仪测量噪声系数，输出P3dB用于表征线性度，所有测量均在23至33GHz频段进行。 数据分析方法：
5. 数据分析方法：将ADS仿真结果与实测数据对比，统计分析包括计算该频段内噪声系数、增益及P3dB的平均值与范围。
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Advanced Design System
ADS
Agilent
Used for LNA MMIC design, simulation, and analysis.
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Vector Network Analyzer
Used to measure gain and return loss of the LNA through on-wafer testing.
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Microwave Noise Figure Analyzer
Used to measure the noise figure of the LNA through on-wafer testing.
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GaN HEMT Device
4 × 25 um
OMMIC
Core transistor used in the LNA design for amplification.
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GaN on Silicon Process
D01GH
OMMIC
Commercial process technology used for fabricating the GaN HEMT devices and the LNA MMIC.
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