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。     

VHF频段小型化千瓦级GaN功率放大器

为了满足VHF频段对高功率放大器小型化的需求，设计并制备了一款基于0.5μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的VHF频段小型化千瓦级功率放大器。通过采用多节微带电容网络和高介电常数的印制电路板(PCB)实现了末级功率放大器匹配电路的小型化；以高通滤波器作为级间匹配电路，在减小电路尺寸的同时，提高了链路增益；采用混合集成工艺，实现了电源调制器、前级驱动功率放大器和末级功率放大器等各单元的小型化高密度集成。测试结果表明，在0.24～0.30 GHz频带内，该功率放大器的工作电压为50 V,工作脉宽为100μs,在占空比10%、输入功率10 dBm的工作条件下，带内输出功率大于1 000 W,功率附加效率约为60%～69%,功率增益大于50 dB,功放体积为46 mm×30 mm×6 mm。     

C波段高效率小型化GaN 150W功率放大器载片设计

介绍了一种C波段高效率GaN功率放大器的设计流程。该功率放大器为满足小型化尺寸要求,采用高介电常数的钛酸锆陶瓷实现功分器匹配电路,通过无源集总元件(integrated passive device,IPD)技术,创新性地将栅极匹配电容和二次谐波匹配网络集成在同一芯片尺寸内,采用Lange电桥合成构成平衡结构的小型化功率放大器载片。整个功率放大器在15.0 mm×9.2 mm×2.0 mm的载体内实现。测试结果显示,在工作电压36 V、输入功率40 dBm、脉宽1 ms、占空比30%条件下,4.4 GHz~5.0 GHz频带内饱和输出功率在145~166 W,功率增益在10~10.6 dB,功率附加效率大于56%,最高功率附加效率达到59.3%。     

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0.18μm CMOS工艺的0.1-2GHz宽带功率放大器芯片

本文介绍了一种基于0.18μm CMOS工艺的0.1–2 GHz宽带射频功率放大器(PA)。该PA采用了双级、晶体管堆叠放大器结构结合电阻匹配和负反馈技术,可以在较小的芯片面积内实现良好的功率增益、增益平坦度和宽带匹配特性。实测结果表明,在5 V供电时,该PA可以在0.1–2 GHz频段内实现18.1±0.6 dB的增益、优于10.5 dB的输入匹配、优于12.6 dB的输出匹配、12%的功率附加效率和优于20 dBm的输出功率。该PA芯片面积仅占用0.52 mm~2,是目前作者所知覆盖该频段并同时实现上述指标的最小面积的CMOS PA芯片。     

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。     

19WC-波段MMIC多芯片合成功率放大器

报告了一个两级 C-波段功率单片电路的设计、制作和性能 ,该单片电路包括完全的输入端和级间匹配 ,输出端的匹配在芯片外实现 ,该放大器在 5.2～ 5.8GHz带内连续波工作 ,输出功率大于 36.6d Bm,功率增益大于 18.6d B,功率附加效率 34 % ,4芯片合成的功率放大器在 4 .7～ 5.3GHz带内 ,输出功率大于 4 2 .8d Bm( 19.0 W) ,功率增益大于 18.8d B,典型的功率附加效率为 34 %。     

基于GaAs HBT工艺的高增益宽带Doherty功率放大器设计

在传统Doherty功率放大器的基础上,采用砷化镓(GaAs)异质结双极晶体管(HBT)工艺,设计了一款可应用于5G通信N79频段(4.4~5 GHz)的高回退效率MMIC Doherty功率放大器(DPA)。通过在Doherty电路中采用共射-共基结构,并在共射-共基结构中加入共基极接地电容,大幅提升了DPA的增益和输出功率。使用集总元件参与匹配,减小了芯片的面积。仿真结果表明,在目标频段内,增益大于28 dB,饱和输出功率约为38 dBm,饱和附加效率(PAE)为63%,7 dB回退处的效率达到43%。     

C波段60W GaAs大功率内匹配晶体管

报道了一种采用内匹配技术制作的GaAs大功率晶体管。通过管芯的结构设计和工艺优化,进行了GaAs微波大栅宽芯片的研制;通过内匹配技术对HPFET(high performance FET)管芯进行阻抗匹配,实现了器件的大功率输出;通过提高栅-漏击穿电压、降低饱和压降等手段提高器件的功率和附加效率。经测试,当器件Vds=10V时,在5.3~5.7GHz频段输出功率P0≥47.8dBm(60.3W),功率附加效率PAE≥42.8%,其中在5.5GHz频率点,输出功率达到48dBm(63.1W),附加效率为46.8%。     

一种V波段高效率5W GaN功率放大器MMIC

基于0.13μm SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计了一款V波段GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。该功率放大器MMIC采用三级放大拓扑结构以满足增益需求;使用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配,通过威尔金森功分器/合成器完成功率放大器的末端功率合成;通过对晶体管宽长比的设计与多胞晶体管的合成,实现了功率放大器的高功率稳定工作和高效率输出。经过测试,在59～61 GHz频率范围内,在占空比为20%、脉宽为100μs时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到37 dBm以上,功率附加效率(PAE)大于21.1%,功率增益大于17 dB;连续波测试条件下输出功率大于36.8 dBm, PAE大于21%。该设计在输出功率和PAE上具有一定的优势。     

C波段大功率GaN HEMT内匹配器件

基于GaN微波功率器件工艺制作了大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,通过负载牵引及建模技术提取了管芯的输入阻抗、输出阻抗.采用二项式多节阻抗匹配变换器实现了宽带功率分配器及合成器电路的制作,通过采用LC网络提升了管芯输入阻抗、输出阻抗,加入了稳定网络,实现了50 Ω阻抗匹配.采用高热导率金属陶瓷外壳,提高了器件散热能力.最终研制成功大功率GaN HEMT内匹配器件,器件采用四胞管芯功率合成技术,总栅宽为40 mm.测试结果表明,频率为4.5～4.8 GHz,脉宽300μs,占空比10％,工作电压VDSs为28 V,器件的输出功率大于120 W,功率附加效率大于50％,功率增益大于11 dB.     

基于GaN HEMT的高线性星载Doherty功率放大器设计北大核心CSCD

在射频通信链路中,功率放大器决定了发射通道的线性、效率等关键指标。卫星通信由于是电池供电,对功率放大器的工作效率要求比较高。文章基于GaN HEMT晶体管采用对称设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。测试结果表明:该Doherty功放的功率增益大于29 dB;1 dB压缩点功率(P_(1 dB))大于35 dBm;在35 dBm输出时,其功率附加效率(PAE)大于47.5%,三阶交调失真(IMD3)大于35 dBc;在功率回退3 dB时,其PAE大于37%,IMD3大于32 dBc。     

GaN-based blue laser diode with 6.0 W of output power under continuous-wave operation at room temperature

In this work,we reported the room-temperature continuous-wave operation of 6.0 W GaN-based blue laser diode(LD),and its stimulated emission wavelength is around 442 nm.The GaN-based high power blue LD is grown on a c-plane GaN substrate by metal organic chemical vapor deposition(MOCVD),and the width and length of the ridge waveguide structure are 30 and 1200 μm,respectively.The threshold current is about 400 mA,and corresponding threshold current density is 1.1 kA/cm2.     

P波段3kW GaN功率器件的研制

介绍了一款高压高功率GaN功率器件及其匹配电路。基于国内高压GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的研究基础,选取了GaN HEMT芯片,确定了器件的总栅宽。根据GaN HEMT芯片阻抗,器件内部进行了LC谐振匹配设计,外部采用双边平衡同轴巴伦进行推挽匹配设计。散热方面通过改善封装管壳热沉材料提高热导率。最终成功研制出高压、3 kW的GaN功率器件,该器件在工作电压为60 V、工作频率为0.35~0.45 GHz、脉宽为300μs、占空比为10%条件下,频带内输出功率大于3 kW、功率增益大于16 dB、功率附加效率大于71%、抗负载失配能力不小于10∶1。     

GaN 开关类功率放大器温度特性的研究

为了研究GaN 开关类功率放大器(PA)的温度特性,通过开展一系列的温度测试来研究温度变化对 该GaN PA 各个性能参数的具体影响。测试结果表明:首先,较高的温度(>80℃)会使GaN HEMT 的电特性发生严重恶化,进而导致器件的性能和可靠性显著下降。其次,对于该开关类GaN PA 来说,随着温度的持续升高,其功率附加效率(PAE)显著降低,不能再保持高效率。而且,随着温度的突变和冲击次数的增加,电路出现显著的退化甚至失效。这些都说明了温度的变化对PA 的性能产生了很大的影响,开关类PA 对温度的变化非常敏感,而且温度冲击对其性能影响更为显著。这些研究为PA 的可靠性设计提供了重要指导。     

射频微系统高功率发射调制干扰分析

随着GaN 技术深入推广以及三维堆叠技术的发展,微系统或组件正朝着轻薄化、高功率密度方向发 展。收发切换和调制速度越快,雷达获得的传输波形越好、盲区越低,然而,发射调制速度快会在紧凑的空间中引入 干扰。文中研究了射频微系统高功率发射调制脉冲前后沿过冲对收发组件信号的干扰,系统地分析了过冲对系统 的干扰路径,并测试了十六通道收发微系统,有效降低干扰电平至1 V 以下。该分析对消除多路收发组件系统中的 脉冲干扰有参考价值。     

一种C 波段全固态大功率GaN 微波源研制

采用带6 位移相器功能、输出功率大于30W、增益45dB 带6 位移相器功能的C 波段固态单元GaN 功放模块, 通过高效率同轴波导径向空间功率合成方法,研制高功率高效率固态C 波段GaN 微波源,该微波源具有高频、高功率、 高效率、高热导率、高可靠、体积小、重量轻等优点。设计举例：研制一种新型大功率C 波段全固态GaN 微波源,其输 出功率（CW）1.2kW 、总效率30%、谐波抑制-54.8dBc、杂散-63.69dBc、相位噪声-94.03dBc/Hz@1kHz、移相精度 5.6o、同轴波导径向空间功率合成效率95%。     

微波、毫米波GaN HEMT与MMIC的新进展

综述了近几年微波、毫米波氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)与单片微波集成电路(MMIC)在高效率、宽频带、高功率和先进热管理等方面的应用创新进展.介绍了基于GaN HEMT器件所具有的高功率密度和高击穿电压,采用波形工程原理设计的各类开关模式的高效率功率放大器,以及基于GaN HEMT器件的高功率密度、高阻抗的特点与先进的宽带拓扑电路和功率合成技术相结合的宽频带和高功率放大器.详细介绍了微波高端和毫米波段的高效率、宽频带和高功率放大器,多功能电路和多功能集成的GaN MMIC.最后阐述了由于GaN HEMT的功率密度是其他半导体器件的数倍,其先进热管理的创新研究也成为热点.     

S波段大功率、高效率GaN HEMT器件研究

基于国产的SiC衬底GaN外延材料,研制出大栅宽GaN HEMT单胞管芯。通过使用源牵引和负载牵引技术仿真出所设计模型器件的输入输出阻抗,推导出本器件所用管芯的输入输出阻抗。使用多节λ/4阻抗变换线设计了宽带Wilkinson功率分配/合成器,对原理图进行仿真,优化匹配网络的S参数,对生成版图进行电磁场仿真,通过LC T型网络提升管芯输入输出阻抗。采用内匹配技术,成功研制出铜-钼-铜结构热沉封装的四胞内匹配GaN HEMT。在频率为2.7～3.5 GHz、脉宽为3 ms、占空比为50%、栅源电压Vgs为-3 V和漏源电压Vds为28 V下测试器件,得到最大输出功率Pout大于100 W(50 dBm),PAE大于47%,功率增益大于13 dB。     

高效率GaN MMIC优化技术的研究

使用国产SiC衬底的GaN HEMT外延材料实现了大功率、高效率的GaN HEMT器件,建立了大信号模型,利用ADS软件建立了GaN MMIC的拓扑,仿真了驱动比对电路性能的影响.仿真结果表明,驱动比由2(电路1)增加到3(电路2),效率提高10%.工艺上分别实现了两种电路,测试表明,效率由25%(电路1)提高到30%(电路2),验证了仿真结果.电路2在测试频率为8-10 GHz时,脉冲输出功率大于21 W,增益大于15 dB,效率大于35%;频率为8 GHz时,输出功率最大值为25 W,效率最大值为45%,具有较好的性能.