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%.     

一种W波段高输出功率放大器模块

提出了基于GaAs 微波单片集成(MMIC)的W波段高输出功率放大器模块。该模块包括MMIC功率放大器(PA)和波导-微带转换结构。采用功率合成技术和微带耦合电容,实现了低损耗匹配网络,提高了PA的增益和输出功率。采用阶梯匹配网络,拓宽了微带转换过渡的带宽。测试结果表明,在75~105 GHz频率范围内,波导-微带转换结构的插入损耗为0.9~1.7 dB,回波损耗小于11 dB; 在90 GHz频率时,PA的增益S21大于10 dB, 输入/输出反射系数S11/S22小于-10 dB,饱和输出功率为19 dBm。     

基于GaAs HBT的J类射频功率放大器

基于2 μm GaAs HBT工艺,设计了一种工作于1.8~2.0 GHz的射频功率放大器。该功率放大器采用两级放大结构,功率级选用具有良好线性度和效率的J类功率放大器。输出匹配电路采用电容电感组成的两级网络来实现低Q值匹配,拓宽了宽带性能。在驱动级输入端偏置处添加模拟预失真,进一步改善了幅相特性。电源电压为3.3 V,偏置电压为3.4 V。采用ADS软件对该功率放大器进行仿真。结果表明,在1.8~2.0 GHz频率范围内,饱和功率为30.2 dBm,1 dB压缩点输出功率为29.5 dBm,小信号功率增益为32 dB,功率附加效率高于46%。     

基于变压器耦合的2.6GHz功率放大器的设计

基于InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺,设计了一款工作频率为2.6 GHz的功率放大器。其输出匹配网络由片外变压器及调谐电容组成,与传统的LC输出匹配网络相比,该匹配网络具有更低的插入损耗和更宽的带宽。功率放大器主体采用伪差分结构,通过变压器耦合进行单端口和差分端口之间的阻抗变换。实测结果表明,在2.6 GHz时,该功率放大器的增益达到了34 dB,饱和输出功率为33.6 dBm,峰值功率附加效率为32%。当输出功率为25 dBm时,邻近信道功率比约为-47 dBc。     

一种0.13 μm CMOS K波段宽带功率放大器

基于0.13 μm CMOS工艺,采用多频点叠加的方式,设计了一种K波段宽带功率放大器。输入级采用晶体管源极感性退化方式,实现了宽带输入匹配。驱动级采用自偏置共源共栅放大器,为电路提供了较高的增益。输出级采用共源极放大器,保证电路具有较高的输出功率。后仿真结果表明,在26 GHz处,该功率放大器的增益为22 dB,－3 dB带宽覆盖范围为22.5~30.5 GHz,输出功率1 dB压缩点为8.51 dBm,饱和输出功率为11.6 dBm,峰值附加功率效率为18.7%。     

Monolithic Power-Combining Techniques for Watt-Level Linear Power Amplifiers in 0.18 CMOS*

设计了三个输出功率为瓦级的线性CMOS功率放大器(PA),该PA主要应用于高速移动通讯。为了实现瓦级输出功率,两个工作频率为2.4 GHz 的PA采用片上并联合成变压器将多个功放级的输出电流信号相加,另一个工作频率为1.95 GHz的PA采用片上串联合成器将多个功放级的输出电压信号相加。同时在PA的设计过程中采用了如下线性度提高技术：有源偏置、二极管线性电路、多栅晶体管并联和谐波短路等。以上三款PA均采用TSMC 0.18 射频CMOS工艺进行设计并流片。根据测量结果,两个2.4 GHz PA的功率增益分别为33.2 dB、34.3 dB,最高输出功率分别为30.7 dBm、29.4 dBm,最高功率附加效率(PAE)分别为29%、31.3%。根据仿真结果,1.95GHz PA的功率增益、最高输出功率和最高PAE分别为：37.5dB、34.3 dBm和36.3%。     

基于40 nm CMOS工艺的高效率功率放大器设计

针对硅基毫米波功率放大器存在的饱和输出功率较低、增益不足和效率不高的问题,基于TSMC 40nm CMOS工艺,设计了一款工作在28GHz的高效率和高增益连续F类功率放大器。提出的功率放大器由驱动级和功率级组成。针对功率级设计了一款基于变压器的谐波控制网络来实现功率合成和谐波控制,有效地提高了功率放大器的饱和输出功率和功率附加效率。采用PMOS管电容抵消功率级的栅源电容,进一步提高线性度和增益。电路后仿真结果表明,设计的功率放大器在饱和输出功率为20.5dBm处的峰值功率附加效率54%,1dB压缩点为19dBm,功率增益为27dB,在24GHz~32GHz频率处的功率附加效率大于40%。     

一种24 GHz CMOS功率放大器设计

基于130 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种高增益和高输出功率的24 GHz功率放大器。通过片上变压器耦合实现阻抗匹配和功率合成,有效改善放大器的匹配特性和提高输出功率。放大器电路仿真结果表明,在1.5 V供电电压下,功率增益为27.2 dB,输入输出端回波损耗均大于10 dB,输出功率1 dB压缩点13.2 dBm,饱和输出功率17.2 dBm,峰值功率附加效率13.5%。     

一种功率增益可控的全集成CMOS功率放大器

设计了一种单片全集成、输出功率增益可变的CMOS功率放大器电路。功率放大器电路输出级通过电容分压实现阻抗匹配,输出功率增益通过三位数字控制位实现七级增益控制。该功率放大器基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计。测试结果表明,当功率放大器工作在2.4GHz时,功率增益可以从2.5dB变化到16dB。当增益为16dB时,功率叠加效率约为15%,输出1dB功率为8dBm。整个功率放大器芯片尺寸为1.2mm×1.2mm。     

基于GaN 的3. 4~ 3. 6 GHz 高增益Doherty 功率放大器

基于两级功率放大器架构,设计了一款平均输出功率为37 dBm(5 W)的高增益Doherty 功率放大器。 该器件通过增加前级驱动功率放大器提高Doherty 功率放大器的增益,采用反向Doherty 功率放大器架构,将λ/4 波 长传输线放置在辅助功放后端,相位补偿线放置在主功放前端,并使主功放输出匹配网络采用双阻抗匹配技术实现 阻抗变换,如此可扩宽功率放大器的工作带宽。连续波测试结果显示:3. 4~3. 6 GHz 工作频段内,饱和输出功率在 44. 5 dBm 以上,功率饱和工作点PAE 在43. 9%以上;在平均输出功率(37 dBm,5 W)工作点,回退量大于7. 5 dB,功 率附加效率PAE 为36. 8%以上,功率增益在31 dB 以上。     

X波段双模功率MMIC设计

基于有源负载调制的多阻抗匹配技术，采用0.25μm GaN HEMT工艺，研制了一款工作在X波段双模功率放大器芯片，使功率放大器在峰值及回退10 dB两种输出功率模式下均具有较高的效率。采用对称双路三级放大拓扑设计，利用多阻抗匹配与电压切换方式实现双模工作。主功放设计兼顾高功率与低功率模式下的输出功率与效率；辅功放兼顾低功率模式下输出匹配网络呈现高阻状态与高功率模式下匹配网络实现宽带匹配两种状态。测试结果表明，在25℃环境温度、脉宽100μs、占空比10%脉冲测试下，8.5～13.0 GHz频率范围内，功率放大器的高功率模式饱和输出功率最高可达47.5 dBm，功率附加效率最高达到43%;10～12 GHz频率范围内，低功率模式输出功率可达37 dBm，功率附加效率最高达到27%。     

一种高线性宽带功率合成的射频功率放大器

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。     

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。     

31~38 GHz宽带高效率GaAs中功率放大器芯片

为实现毫米波放大器芯片的宽带、高增益和高效率,基于GaAs pHEMT工艺实现高增益,采用四级级联拓扑结构拓展带宽,利用电流复用结构降低直流功耗,采用T型电抗匹配技术实现最佳输出功率和效率匹配,成功实现了一款31~38 GHz频段的毫米波宽带高效率功率放大器芯片。测试结果表明,该功率放大器芯片在31~38 GHz宽带范围内,线性增益为26~29 dB,饱和输出功率为21.5 dBm,动态电流低于100 mA,饱和效率≥37%,在32~35 GHz内最高效率达45%。     

802.11n高线性功率放大器的设计与实现

为了扩大802.11n无线产品的覆盖范围,设计了一款符合802.11n标准的2.4 GHz高线性 功率放大器。在该功率放大器的设计中采用了双路均衡功率合成技术和差异化加速开关技术 ,在提供高功率输出的同时满足了802.11n的误差向量幅度（EVM）的要求,尤其是实际应用 中的动态EVM。测试结果表明,该功率放大器回退7 dB后的线性输出功率为27 dBm,此 时的EVM为-30 dB,合成功率输出为29.5 dBm。该功率放大器可广泛用于无线局域 网中,与各种类型的无线AP直接匹配使用,提高其覆盖范围。     

基于GaN HEMT的高效率Doherty功率放大器设计

通过分析传统Doherty功放的负载调制网络存在的带宽限制和晶体管输出电容对于效率的影响问题。利用改善阻抗变换比和补偿载波功放晶体管的输出电容的方法提出一种新型负载调制网络,使用GaN HEMT晶体管并基于此网络设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。该Doherty功率放大器采用不等分结构设计。此外,采用阶跃式阻抗匹配方法设计主辅功放的输入输出匹配网络来拓展Doherty功放的工作带宽。测试结果显示,在2.8~3.2 GHz频段内,饱和输出功率达到45 dBm,饱和漏极效率65%~73.18%。功率回退6 dB时,漏极效率在45%~50%之间,功率回退9 dB时,漏极效率在38.94%~44.68%之间。     

采用GaN HEMT的多尔蒂功率放大器

据报道,日本电气通信大学发表了采用GaN HEMT器件制作的多尔蒂功率放大器。该功率放大器在1.9 GHz下,饱和输出功率31 dBm,功率附加效率(PAE)为58%。输入补偿10 dB时,获得24 dBm的输出功率和PAE31%良好的     

基于包络检测的射频功率放大器平均效率提高技术

提出了一种基于包络检测的射频功率放大器平均效率提高技术。该技术通过片上集成的包络检测器检测输入信号强度,通过动态配置功率放大管的尺寸,并调节输出阻抗匹配网络优化负载阻抗,提高功率放大器在低输出功率下的效率,达到提高功率放大器平均效率的目的。电路采用0.18 μm CMOS工艺实现,后仿真结果表明,在高输出功率模式下,该射频功率放大器的输出1 dB压缩点为18.05 dBm,PAE为30.2%;在两档低输出功率模式下的输出1 dB压缩点分别为14.9 dBm和11 dBm,PAE分别为24.11%和17.1%。     

基于GaAs PHEMT工艺的60~90GHz功率放大器MMIC

研制了一款60~90 GHz功率放大器单片微波集成电路(MMIC),该MMIC采用平衡式放大结构,在较宽的频带内获得了平坦的增益、较高的输出功率及良好的输入输出驻波比(VSWR)。采用GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)标准工艺进行了流片,在片测试结果表明,在栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,功率放大器MMIC的小信号增益大于13 dB,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,功率放大器的小信号增益均大于15 dB。载体测试结果表明,栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,该功率放大器MMIC饱和输出功率大于17.5 dBm,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,其饱和输出功率可达到20 dBm。该功率放大器MMIC尺寸为5.25 mm×2.10 mm。     

0.02～2 GHz GaN分布式功率放大器的原理及设计

作为一种宽带放大器的结构,分布式放大器结构能够实现高达多个倍频程的带宽,这种结构是由电感元件和晶体管的等效电容构成的栅极和漏极两条人工传输线组成的。随着第三代宽禁带半导体GaN的发展,将GaN技术应用在分布式放大器的设计中,能够得到较高的输出功率,实现宽带功率放大器的设计。介绍了一种采用4个GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)设计分布式功率放大器的原理和方法,实现了0.02～2GHz的带宽。仿真结果表明,带宽内小信号增益大于10dB,增益平坦度优于±0.5dB,饱和输出功率大于41dBm,PAE大于15%。