2～4 GHz连续波120 W GaN内匹配功率器件

基于自主研制的0.25 μm高压大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT),采用LC低通谐振匹配技术和宽带功率合成技术,利用大栅宽HEMT有源模型以及键合线、电容和管壳等无源模型进行一体化仿真,匹配电路采用LC匹配网络和λ/4微带线将HEMT阻抗提高至50 Ω,最终实现了连续波120 W宽带GaN功率器件.测试结果表明,该器件在36 V漏极工作电压和-2.0V栅极工作电压下,2～4 GHz频带内连续波输出功率大于120 W,功率附加效率大于46％,功率增益大于9.5 dB,二次谐波抑制度大于20 dBc,杂波抑制度大于70 dBc.     

基于GaN HEMT的0.8～4.2GHz超宽带功率放大器的设计

阐述了基于GaN HEMT的超宽带功率放大器的设计与实现方法。采用低通L-C匹配网络消除虚部阻抗,并利用多节λ/4阻抗变换器实现宽带实阻抗到目标阻抗50Ω的匹配。测试结果表明,功放在32V漏电压、1ms周期、10%占空比及0.8~4.2 GHz频带内输出功率大于47dBm(50.1 W),最高输出功率为48.9dBm(77.6 W),带内饱和功率增益大于9dB,最大漏极效率为64%。实验测试结果与设计仿真结果符合良好,从而验证了设计方法的正确性。     

一种高线性宽带功率合成的射频功率放大器北大核心

针对5G通信微基站,提出一种基于GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺,芯片面积为1.3 mm×1.4 mm的高线性宽带宽的射频功率放大器。该放大器采用了异相功率合成方式和J类输出匹配的方法,在两路功率放大器的输入输出端引入了90°相移以及J类模式确定最佳负载阻抗,以此实现高线性宽带宽的特性。在5 V电源和2.85 V偏置电压下,室温条件下测试结果表明,该功率放大器在2~3 GHz频带内,小信号增益为36±0.5 dB。然而在2.4~2.8 GHz频带内,该功率合成结构的功率放大器拥有饱和输出功率大于36 dBm,功率附加效率大于38%。在5G-NR,带宽100 MHz和4G-LTE、带宽20 MHz的调制信号下,在2.4~2.8 GHz工作频带测试,放大器的输出功率为22 dBm,邻近信道功率比(ACPR)约为-43 dBc。     

1～4GHz 80W GaN超宽带功率放大器

基于南京电子器件研究所0.25μmGaN HEMT工艺平台,设计了一款工作频率为1~4GHz,连续波输出功率大于80W的超宽带功率放大器.放大器采用低通L-C匹配网络实现管芯输入输出阻抗到实阻抗的变换;并利用切比雪夫变换器结构实现超宽带匹配;以单路输入输出端口匹配到100Ω后,两路直接电路合成到50Ω的方法实现了大功率超宽带功放的功率合成.放大器偏置电压32V,静态电流0.4A.测试结果显示,在1~4GHz带宽内,放大器连续波输出功率大于49.05dBm （80.3W）,最高输出功率为50.6dBm （114.8W）,饱和功率增益大于9dB,功率平坦度小于±0.8dB,最大漏极效率为62.5%.     

一款W波段GaN HEMT高谐波抑制八次倍频器MMIC

报道了一款采用0.1μm GaN HEMT工艺制作的W波段八次倍频器芯片。该芯片集成了3个二次倍频器和1个驱动放大器。二次倍频器采用有源平衡电路结构以实现较好的功率输出和有效的基波和奇次谐波抑制;驱动放大器采用单级负反馈电路结构,在实现良好输入输出匹配的同时兼顾增益平坦度。最终实现的八次倍频器芯片3 dB工作带宽为16 GHz(84～100 GHz),输出功率大于13 dBm,谐波抑制度大于40 dBc,带内谐波抑制度大于60 dBc。芯片面积3.6 mm×1.7 mm。     

S波段150W GaN内匹配功率放大器

介绍了一种S波段150W GaN内匹配功率放大器。器件采用0.25μm工艺GaN HEMT管芯,内匹配技术对单胞放大器进行输入输出匹配,然后用Wilkinson功率分配器对四路单胞功率放大器进行功率合成。放大器频带范围2.7~3.5GHz。工作电压28V,占空比10%,脉宽0.1ms。单胞放大器输入功率37dBm,输出功率46.5dBm以上,功率附加效率大于50%;合成放大器输入功率43dBm,输出功率51.8dBm(150 W)以上,功率附加效率超过40%。     

基于变压器匹配的1.8～2.7 GHz宽带功率放大器

针对5G移动通信系统n1,n2,n40和n41频段，基于InGaP/GaAs异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)工艺，设计了一款工作在1.8～2.7 GHz的宽带高增益功率放大器。该功放采用并联式负反馈的三级放大结构。为了拓展电路的工作带宽，一方面，第二、三级级间匹配采用片上变压器，并将单端信号转换为差分信号；另一方面，输出匹配网络采用片外变压器，实现阻抗变换和功率合成。实测结果表明，室温下所实现的宽带功率放大器在1.8～2.7 GHz全频段内小信号增益不小于32 dB,饱和输出功率大于31.9 dBm,饱和工作效率大于28%。输入4G-LTE 20 MHz的调制信号，当放大器的输出功率为22 dBm时，全工作频段邻近信道功率比(Adjacent Channel Power Ratio, ACPR)小于-39 dBc。1 dB压缩点输出功率在1.9,2.3和2.6 GHz三个工作频点实测均大于30.7 dBm。     

S波段GaN高效率内匹配功率放大器的设计与实现

本文研究了一种S波段320W GaN内匹配功率放大器.该器件基于自主研发36V工作的GaN HEMT管芯.以负载牵引结果为出发点,运用电子仿真技术对管芯进行了基波匹配,并针对管芯二次谐波阻抗进行了匹配优化,最终用功率分配/合成器进行了四路功率合成.在工作电压36V,占空比20%,脉宽400μs测试条件下,3.0~3.5GHz频段内输出功率大于320W(55dBm),功率增益大于14dB,功率附加效率大于62%.     

基于InP HBT工艺的高功率高谐波抑制W波段宽带八倍频器MMIC

基于0.7μm InP HBT工艺,设计实现了一种高功率高谐波抑制比的W波段倍频器MMIC。电路二倍频单元采用有源推推结构,通过3个二倍频器单元级联形成八倍频链,并在链路的输出端加入输出缓冲放大器,进一步提高倍频输出功率。常温25℃状态下,当输入信号功率为0 dBm时,倍频器MMIC在78.4~96.0 GHz输出频率范围内,输出功率大于10 dBm,谐波抑制度大于50 dBc。芯片面积仅为2.22 mm²,采用单电源+5 V供电。     

X波段300 W GaN功率器件技术

介绍一种基于国产氮化镓(GaN)外延材料的X波段300 W GaN高效率内匹配器件技术。该技术采用大栅宽芯片的大信号有源模型和封装管壳、键合引线、电容等无源模型,开展X波段300 W内匹配功率器件的设计。采用四胞匹配合成电路,使用L-C网络提升器件阻抗,通过λ/4阻抗变换网络进行阻抗变换和功率合成,实现阻抗50 Ω匹配,功率分配器和匹配电容使用高Q值陶瓷基片实现。仿真实验证明,该器件在9.5~10.5 GHz频率内输出功率大于300 W,功率增益大于9 dB,功率附加效率大于38.9%。同时研究了器件输出功率和功率附加效率随工作电压、脉冲宽度、占空比变化情况。     

基于InP HBT工艺的C波段高谐波抑制有源三倍频器MMIC北大核心

基于0.7μm InP HBT工艺,设计了一款C波段高谐波抑制有源三倍频器MMIC。三倍频核心电路采用AB类差分级联三极管(cascode)结构,可产生丰富的奇次谐波信号,通过输出匹配网络滤出三次谐波信号并抑制其他谐波信号。输入端利用有源巴伦实现单端信号到差分信号的转换,提供较大的驱动功率同时节省面积;输出端级联缓冲放大器,提高输出功率。常温状态下,当输入驱动功率为-5 dBm时,该三倍频器在输出频率3.9~6.9 GHz范围内,输出功率大于10 dBm,偶次谐波抑制度大于33 dBc,基波抑制度大于35 dBc,五次谐波抑制度大于24 dBc。芯片供电方式为单电源+3.3 V供电,直流功耗为198 mW。     

13.7～14.5GHz内匹配型GaAs大功率器件

经过对器件结构、钝化等工艺的改进,成功研制出总栅宽为19.2mm的GaAs功率HFET.两管芯合成的内匹配器件,当Vds=9V,输入功率Pin=35dBm时,在f=13.7～14.5 GHz频段内,输出功率Po＞42dBm(15.8W),功率增益Gp＞7dB,功率附加效率PAE＞35%,两管芯合成效率大于90%,其中在14.3GHz频率点,输出功率达到42.54dBm(17.9W),增益7.54dB.     

13.7～14.5GHz内匹配型GaAs大功率器件

经过对器件结构、钝化等工艺的改进,成功研制出总栅宽为19.2mm的GaAs功率HFET.两管芯合成的内匹配器件,当Vds=9V,输入功率Pin=35dBm时,在f=13.7～14.5 GHz频段内,输出功率Po＞42dBm(15.8W),功率增益Gp＞7dB,功率附加效率PAE＞35%,两管芯合成效率大于90%,其中在14.3GHz频率点,输出功率达到42.54dBm(17.9W),增益7.54dB.     

W频段宽带倍频器

介绍了一个W频段宽带倍频器.采用反向并联二极管对结构实现宽带倍频.该倍频器输入为WR-28波导到微带过渡结构,输出为WR-10减高波导.在输入功率为5dBm时,在整个W频段输出功率为0.81±1.80dBm,二次谐波抑制度大于25dBc.该倍频器可把Ka频段的信号源扩展到W频段.     

基于GaN器件的连续型高效宽带功率放大器设计*

提出一种高效宽带功率放大器的设计方法,并基于GaN HEMT 器件CGH40010F 设计了验证电路。利用功放管输出寄生参数的等效网络,将基于连续型功放理论得到的负载阻抗转换到封装参考面上,并利用多谐波双向牵引技术对转换后的负载阻抗进行适当调整,使二次谐波负载阻抗位于高效率区以及基频负载阻抗能够获得高功率附加效率和高输出功率。谐波阻抗位于高效率区使得匹配网络的设计简化为基频匹配网络的设计,降低了对谐波阻抗匹配的难度和宽带匹配网络设计的复杂度。实验结果表明:在1GHz -3GHz 工作频带(相对带宽100%)内,功率附加效率在53%-64.6%之间,输出功率为39.5±2dBm,增益为11.5±2dB,二次谐波小于-15dBc,三次谐波小于-25dBc。     

C波段160W连续波GaN HEMT内匹配功率器件研制

基于GaN功率器件工艺自主研发的大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,采用内匹配技术和宽带功率合成技术相结合的方法,研制出了一款C波段160 W连续波GaN HEMT内匹配功率器件。通过优化管芯的结构,设计出了满足连续波使用要求的大功率GaN管芯,然后进行了内匹配器件的设计,在设计中首先采用负载牵引法进行了器件参数提取,并以此为基础设计了阻抗变换网络进行阻抗变换和功率合成。研制出了工作频率为4.4~5.0 GHz、工作电压32 V、连续波输出功率大于160 W、功率附加效率大于50%、功率增益大于12 dB的GaN HEMT内匹配功率管,具有广阔的工程应用前景。     

0.3～2.0 GHz 100 W GaN超宽带功率放大器北大核心CSCD

基于南京电子器件研究所0.25μm GaN HEMT工艺平台,设计了一款0.3~2.0GHz 100 W GaN超宽带功率放大器。GaN HEMT器件的射频参数由负载牵引系统测定,包括最大功率匹配阻抗和最大效率匹配阻抗。放大器用同轴巴伦结构实现超宽带匹配,用高介电常数介质板材制作匹配电路,实现放大器的小型化。放大器偏置电压28V,偏置电流0.5A。测试结果显示,在0.3~2GHz带宽内,放大器小信号增益平坦度小于±1.3dB。典型输出功率大于100 W,最小输出功率90 W,饱和功率增益大于9dB,功率平坦度小于±1.2dB,漏极效率大于50%。     

基于GaN HEMT 多倍频程高效率功率放大器设计

使用GaN HEMT 功率器件,设计了一款多倍频程高效率功率放大器。利用负载牵引技术分析输入功率、偏置电压、工作频率对功率器件输出阻抗的影响,从而寻找出满足宽带性能的最优阻抗区域;输入、输出匹配网络采用了切比雪夫多节阻抗变换器的综合设计方法,很好地拓展了匹配网络的带宽性能,从而实现了0. 8 ~4. 0 GHz(相对带宽133%)多倍频程高效率功率放大器电路。连续波大信号测试结果表明:在0. 8 ~ 4. 0 GHz 的频率范围内输出功率为39. 5 ~42. 9 dBm,漏极效率为54. 20% ~73. 73%,增益为9. 4 ~12. 0 dB。在中心频率2. 4 GHz 未利用线性化技术的情况下使用5 MHz WCDMA 调制信号测试得到邻近信道泄漏比(ACLR)为-27. 2 dBc。设计的工作频率能够覆盖目前主要的无线通信系统GSM900M、WCDMA、DCS1800 LTE、PCS1900 LTE、3. 5GHz WiMAX 以及下一代移动通信系统(5G)等。     

K波段2.5 W GaN功率MMIC设计

报道了一款采用0.15μm GaN功率MMIC工艺研制的功率放大器芯片。芯片工作在5G毫米波候选频段24.75~27.50GHz,采用三级放大结构。结合小信号参数和带有预匹配的Load-pull进行设计,末级匹配电路使用宽带匹配拓扑,在满足输出功率的条件下,尽可能降低损耗并兼顾效率匹配,以提升芯片附加效率;使用RCL稳定网络提高电路的稳定性,优化级间网络的版图布局提高功率分配网络和合成网络的幅相一致性;在输入级使用有耗匹配以降低芯片输入驻波。芯片在漏级电压24V连续波工作条件下,在24.5~27.5GHz范围内饱和输出功率大于34dBm(2.5 W),附加效率25%~30%。     

高效率低谐波失真宽带功率放大器设计

基于连续型功率放大器理论,提出一种高效低谐波失真宽带功率放大器的设计方法,并采用GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件设计了验证电路。结合连续型功率放大器理论和多谐波双向牵引技术,找到一簇最佳负载阻抗值,并运用切比雪夫低通滤波器形式的阻抗变换器设计宽带匹配网络。偏置电路采用双扇形开路微带线和滤波电路相结合的方法进行设计,以减小电路尺寸和扩展具有高输入阻抗偏置电路的带宽。实验结果表明,在1.7~2.7 GHz工作频带内,功率附加效率为50%~60%,输出功率大于4 W,增益为(14±0.9)dB,二次谐波失真小于-25 dBc,三次谐波失真小于-60 dBc。