S波段T/R组件用GaN功率放大器链的设计(英文)

基于Si衬底AlGaN/GaN HEMT器件的功率放大器链是下一代S波段相控阵雷达T/R组件的核心部分。研制的S波段放大器链主要由驱动放大器和功率放大器组成,驱动放大器与功率放大器都是基于Si衬底AlGaN/GaN HEMT器件的混合集成电路。基于混合集成电路的放大器链获得了高的输出峰值功率和附加功率(PAE),整个放大器链输出功率在800 MHz频率范围内大于20 W,附加效率(PAE)大于50%。     

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。     

Ku波段20W GaN功率MMIC

报道了一款采用三级放大结构的Ku波段高效率GaN功率放大器芯片。放大器设计中通过电路布局优化改善功放芯片内部相位一致性,提高末级晶胞的合成效率,最终实现整个放大器功率及效率的提升。经匹配优化后放大器在14.6~17.0GHz频带内脉冲输出功率大于20 W,功率附加效率大于36%,最高39%。功率放大器芯片采用0.25μm GaN HEMT 101.6mm(4英寸)圆片工艺制造,芯片尺寸为2.3mm×1.9mm。     

大脉宽高效率S波段功率放大器的研制

采用内匹配的技术,利用了GaN HEMT功率芯片研制了一款应用在S波段的大脉宽、大功率、高效率的功率放大器。放大器最终实现了1 ms脉宽、30%占空比、在600 MHz的带宽下脉冲输出功率大于150W、附加效率大于55%的设计目标,印证了GaN功率器件的优越性能和广泛应用前景。     

基于GaN HEMT器件的P波段小型化40 W发射模块

氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)器件具有高功率和功率密度、高导热率、高击穿场强、宽工作频带等特点,适合小型化、宽频带、大功率应用.基于GaN功率器件的特点研制了P波段宽带小型化40 W发射模块.通过负载牵引技术对GaN HEMT器件进行了大信号参数的提取,运用ADS软件进行了匹配电路的设计,对功率放大器的性能指标进行了优化,并基于LTC4440和nMOS器件设计了高压脉冲调制电路.研制结果表明,该模块在400 MHz工作带宽内(相对带宽100％)的输出功率为46.6 dBm (45.7 W),功率增益为36.6 dB,功率附加效率(PAE)为40.4％,杂波抑制为65.7 dBc,脉冲项降为0.4 dB,脉冲上升时间为75 ns,脉冲下降时间为50 ns,模块尺寸为50 mm×40 mm×20 mm.     

Ku波段20W AlGaN/GaN功率管内匹配技术研究

文章的主要目的是研究第三代半导体AlGaN/GaN功率管内匹配问题。以设计Ku波段20WGaN器件为例,研究了内匹配电路的设计、合成以及内匹配电路的测试,实现了GaN功率HEMT在Ku波段20W连续波输出功率的内匹配电路,并使整个电路的输入、输出电路阻抗提升至50Ω。最终所研制的AlGaN/GaNKu波段内匹配功率管在11.8GHz～12.2GHz频带内,输出功率大于20W。在12GHz功率增益大于5dB,功率附加效率29.07%,是目前国内关于GaN功率器件在Ku波段连续波输出的最高报道。     

X波段GaN千瓦级功率放大器的设计

为满足新型雷达对千瓦级大功率放大器的需求,采用0.25μm GaN HEMT工艺研制了一款输出功率大于2 000 W的X波段内匹配功率放大器。通过背势垒层结构与双场板结构提高器件击穿电压,使GaN HEMT管芯的工作电压达到60 V。通过负载牵引得到管芯最优阻抗,采用T型匹配网络和功率分配/合成器将管芯阻抗匹配到50Ω。在工作电压60 V、占空比1‰、脉宽5μs测试条件下,9.0～9.4 GHz频段内输出功率大于2 000 W,最大功率密度达到10.4 W/mm,功率增益大于7 dB,功率附加效率大于37.2%。     

Ku波段GaN大功率单刀双掷开关设计

基于开关器件的基本工作原理和设计方法,设计了一款GaN大功率Ku波段单刀双掷(SPDT)开关,并着重讨论了GaN大功率开关的耐功率能力.经制作得到不同栅指数、不同单指栅宽的GaN开关器件,测试了其基本性能,并比较了开关器件在GaN工艺与GaAs工艺下的性能差别.Ku波段SPDT开关实测S参数表明,插入损耗小于0.9 dB,隔离度大于27 dB,同时能够承受10W的连续波输入功率;适当牺牲耐功率能力可提升小信号的性能.这款开关可搭配GaN功率放大器与低噪声放大器用于收发组件前端.其尺寸仅有2.0 mm×1.4 mm,满足系统小型化的需求.     

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%。     

X波段GaN HEMT内匹配器件

自主研制的GaN HEMT,栅源泄漏电流从10-4 A量级减小到了10 -6 A量级,有效提高了栅漏击穿电压,改善了器件工作特性.采用MIS结构制作了2.5mm栅宽GaN HEMT,测试频率为8GHz,漏源电压为33V时,器件连续波输出功率为18.2W,功率增益为7.6dB,峰值功率附加效率为43.0%.2.5mm×4 GaN HEMT内配配器件,测试频率8GHz,连续波输出功率64.5W,功率增益7.2dB,功率附加效率39%.     

基于GaN HEMT的Doherty功率放大器设计

设计一款基于GaN HEMT的S波段Doherty功率放大器(DPA)。主放大器是采用GaN HEMT设计的AB类功放,辅助放大器是GaN HEMT的C类功放。利用ADS对电路进行仿真,单音测试结果表明,DPA工作频率在2.3~2.4 GHz,输入功率为29 dBm时,工作增益不小于14 dB,输出功率大于43 dBm,功率附加效率超过65%。分析了辅助放大器偏置电压对DPA性能的影响,偏置电压变小,DPA的效率和线性度较好。     

基于GaN HEMT的155～172 GHz功率放大器设计

设计了一款G波段GaN HEMT功率放大器。放大器采用级联结构,在每级设计中均引入了并联反馈。放大器工作频段内的小信号增益大于25 dB,3 dB带宽为17 GHz。大信号测试结果显示,在155～172 GHz饱和输出功率为14～17 dBm;在165 GHz饱和输出功率密度为17 dBm,对应的功率密度为1.25 W/mm。该功率放大器直流损耗功率为1 060 mW,峰值功率附加效率为4.7%。     

C波段GaN HEMT内匹配功率放大器

基于通信对功率放大器的宽带和高效率的需求,给出了一款C波段GaN HEMT内匹配功率放大器的设计过程。该器件由2个3 mm栅宽的GaN功率管芯和制作在Al_2O_3陶瓷基片上的输入输出匹配电路组成。通过调节键合丝和电容,实现了功率放大器在4.4~5.0 GHz,5.2~5.9 GHz和6.0~6.6 GHz三个典型工程应用频段的设计,功放在这3个典型工程应用频段内输出功率均大于43 d Bm(20 W),附加效率大于60%,功率增益大于10 d B,充分显示了GaN功率器件宽带、高效率的工作性能。     

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%。     

2～8GHz宽带GaN功率放大器MMIC

基于0.25μm Ga N HEMT工艺,研制了一款两级拓扑放大结构的2~8 GHz宽带功率放大器MMIC(单片微波集成电路)。MMIC所用Ga N HEMT器件结构经过优化,提高了放大器的可靠性和性能;电路采用多极点电抗匹配网络,扩展了放大器的带宽,减小了电路的损耗。测试结果表明,在2~8 GHz测试频带内,在脉冲偏压28 V(脉宽1 ms,占空比30%)时,峰值输出功率大于30 W,功率附加效率大于25%,小信号增益大于24 d B,输入电压驻波比在2.8以下,在6 GHz处的峰值输出功率达到50 W,功率附加效率达到40%;在稳态偏压28 V时,连续波饱和输出功率大于20 W,功率附加效率大于20%。尺寸为4.0 mm×5.0 mm。     

基于GaN HEMT的S波段内匹配功率放大器设计

采用内匹配技术和平面功率合成相结合的设计方法,设计并实现了一款S波段功率放大器。在设计过程中,先通过预匹配电路将功率芯片的阻抗适当提高,进而利用Wilkinson功分器进行功率合成。该放大器基于中国电子科技集团公司第十三研究所自主研制的GaN HEMT管芯芯片。通过优化设计该放大器在25%的相对带宽、漏源电压28 V、脉宽8 ms和占空比50%的工作条件下,实现了输出峰值功率P out大于70 W,功率附加效率ηPAE大于54%,充分显示了GaN功率器件宽带、高效和高功率的工作性能,具有广阔的工程应用前景。     

基于GaN HEMT的S波段内匹配功率放大器设计北大核心CSCD

采用内匹配技术和平面功率合成相结合的设计方法,设计并实现了一款S波段功率放大器。在设计过程中,先通过预匹配电路将功率芯片的阻抗适当提高,进而利用Wilkinson功分器进行功率合成。该放大器基于中国电子科技集团公司第十三研究所自主研制的GaN HEMT管芯芯片。通过优化设计该放大器在25%的相对带宽、漏源电压28 V、脉宽8 ms和占空比50%的工作条件下,实现了输出峰值功率P out大于70 W,功率附加效率ηPAE大于54%,充分显示了GaN功率器件宽带、高效和高功率的工作性能,具有广阔的工程应用前景。     

Ku波段GaN一片式收发组件芯片

报道了一款应用于Ku波段的GaN T/R MMIC。该芯片采用0.15μm GaN HEMT器件工艺制造,集成了T/R组件的接收通道和发射通道,芯片面积7.00mm×3.32mm。研制的MMIC集成了5位数字衰减器、5位数字移相器、前级低噪声放大器、后级低噪声放大器、驱动放大器、功率放大器、公用支路的小信号开关和收发切换的功率开关。在16~17GHz工作频带内测得该芯片接收通道增益大于21dB,噪声系数小于3.5dB;发射通道增益大于20.8dB,饱和功率大于40.8dBm,功率附加效率典型值30%。该芯片上集成的5位数字移相器、5位数字衰减器功能正常,达到设计要求。     

输出功率密度为2.23W/mm的X波段AlGaN/GaN功率HEMT器件

MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备出具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/GaN HEMT材料.高迁移率GaN外延层的室温迁移率达741cm2/(V·s),相应背景电子浓度为1.52×1016cm-3;非有意掺杂高阻GaN缓冲层的室温电阻率超过108Ω·cm,相应的方块电阻超过1012Ω/□.50mm HEMT外延片平均方块电阻为440.9Ω/□,方块电阻均匀性优于96％.用此材料研制出了0.2μm栅长的X波段HEMT功率器件,40μm栅宽的器件跨导达到250mS/mm,特征频率fT为77GHz;0.8mm栅宽的器件电流密度达到1.07A/mm,8GHz时连续波输出功率为1.78W,相应功率密度为2.23W/mm,线性功率增益为13.3dB.     

输出功率密度为2.23W/mm的X波段AlGaN/GaN功率HEMT器件

MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备出具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/GaN HEMT材料.高迁移率GaN外延层的室温迁移率达741cm2/(V·s),相应背景电子浓度为1.52×1016cm-3;非有意掺杂高阻GaN缓冲层的室温电阻率超过108Ω·cm,相应的方块电阻超过1012Ω/□.50mm HEMT外延片平均方块电阻为440.9Ω/□,方块电阻均匀性优于96％.用此材料研制出了0.2μm栅长的X波段HEMT功率器件,40μm栅宽的器件跨导达到250mS/mm,特征频率fT为77GHz;0.8mm栅宽的器件电流密度达到1.07A/mm,8GHz时连续波输出功率为1.78W,相应功率密度为2.23W/mm,线性功率增益为13.3dB.