DESIGN AND MEASUREMENT OF A VIA-FREE OPEN-STUB 3-GHZ DISCRETE BJT LOW-NOISE AMPLIFIER

This paper presents the design, fabrication, and measurement of a 3 GHz single-stage discrete bipolar junction transistor (BJT) low-noise amplifier (LNA) for S-band wireless communication applications. To minimize parasitic effects, simplify fabrication, and enable post-production tuning, the proposed design employs via-free open-stub microstrip matching networks and transmission-line biasing in place of conventional lumped components. Source and load terminations are selected from constant-gain and stability circles, synthesized through a double-stub approach, and validated using circuit/electromagnetic (EM) co-simulation in AWR and Sonnet. A prototype was implemented on a 60 mil RO4003C substrate and biased at VCE = 3 V, IC ≈ 15 mA. Measured performance includes 9.2 dB gain, a 1.5 dB noise figure (NF) at 3 GHz, and input VSWR < 2 across 2.7–3.3 GHz (≈20% fractional bandwidth). Two-tone testing with Δf ≈ 2 MHz confirms an IIP3 of −11 ± 5 dBm. The proposed work makes three key contributions: (i) it minimizes vias and lumped parts while maintaining wide bandwidth, (ii) it provides a practical workflow for termination selection based on stability and gain circles, and (iii) it demonstrates a low-cost, fabrication-friendly design with measured validation. These results confirm the LNA’s suitability for compact, wideband receiver front-ends in satellite communication, wireless backhaul, radar, and IoT systems.

Bu çalışma, S-band kablosuz haberleşme uygulamaları için 3 GHz’de çalışan tek kademeli ayrık bipolar jonksiyon transistör (BJT) düşük gürültü yükseltecinin (LNA) tasarımını, üretimini ve ölçümlerini sunmaktadır. Parazitik etkileri en aza indirmek, üretimi basitleştirmek ve üretim sonrası ayarlamaya olanak tanımak amacıyla önerilen tasarımda, geleneksel devre elemanları yerine via-free açık uçlu mikroşerit uyumlaştırma ağları ve iletim hattı tabanlı besleme yapısı kullanılmıştır. Kaynak ve yük uçları, sabit kazanç ve kararlılık çemberlerinden seçilmiş, çift-stub sentezi yöntemiyle tasarlanmış ve AWR ile Sonnet ortamlarında devre/ elektromanyetik (EM) ortak benzetim ile doğrulanmıştır. Tasarlanan prototip 60 mil RO4003C alt tabakası üzerinde gerçekleştirilmiş ve VCE = 3 V, IC ≈ 15 mA altında beslenmiştir. Ölçüm sonuçları; 3 GHz’de 9.2 dB kazanç, 1.5 dB gürültü faktörü (NF) ve 2.7–3.3 GHz aralığında (≈%20 FBW) giriş VSWR < 2 değerlerini göstermektedir. Δf ≈ 2 MHz iki tonlu testler sonucunda IIP3 ≈ −11 ± 5 dBm olarak elde edilmiştir. Bu çalışma üç temel katkı sunmaktadır: (i) via ve ayrık devre elemanlarını en aza indirerek geniş bant performansını korumak, (ii) kararlılık ve kazanç çemberlerine dayalı pratik bir uç seçimi yöntemi sağlamak, (iii) düşük maliyetli ve üretim uygun bir tasarımın ölçümle doğrulanmış başarımını ortaya koymak. Sonuçlar, önerilen LNA’nın uydu haberleşmesi, kablosuz backhaul, radar ve IoT sistemleri gibi kompakt ve geniş bant alıcı ön uçları için uygun olduğunu göstermektedir.