Ku波段GaN MMIC高线性功率放大器设计

设计了一款Ku波段工作频率为13.0~15.5GHz的GaN MMIC高线性功率放大器,采用0.25μm GaN HEMT工艺,电路采用两级放大器的结构。通过两种不同的末级匹配网络的设计,对比分析匹配网络的设计对功率放大器效率与线性度的影响。一种是匹配到最佳功率附加效率(PAE)的末级匹配网络,一种则是匹配到最佳线性度的末级匹配网络(用最佳三阶交调产物与载波比值(IM3)来表示),级间和输入级匹配网络也尽量达到低损耗、高线性指标,从而提高整体电路的线性度,并尽量使得效率不恶化。测试结果表明,功率放大器的最大输出功率可以达到37.5dBm,匹配到最佳PAE的功率放大器功率附加效率均大于32%,最大可以达到36%,匹配到最佳IM3的功率放大器PAE低了2到4个百分点,线性度指标IM3则高了1到2个dBc。该测试结果表明,对于高线性功率放大器,末级匹配网络可以在最佳PAE点的基础上适当地向最佳IM3点靠近,以逼近更好的线性度指标,但若距离最佳IM3太近,PAE则会有较大的恶化。     

Ka波段高功率放大器设计

微波单片集成电路(Microwave Monolithic Integrated Circuit,MMIC)以其体积小型紧凑、一致性好、可靠性高、成品率高、适用于批量生产等特点,在微波通信系统中得到广泛的应用。基于Ga As赝配高电子迁移率晶体管,采用功率合成技术和阻抗匹配技术设计了一款Ka波段功率放大器,对电路进行了仿真分析,并进行流片。实测结果表明电路工作频率从36~38 GHz频段范围,P1d B输出功率大于35 d Bm,增益大于18 d B,功率附加效率为16%。     

K波段反馈式MMIC中功率放大器

给出了一种基于功率PHEMT工艺技术设计加工的K波段反馈式MMIC宽带功率放大器。在21～29GHz的工作频段内,当漏极电压为6V、栅电压为-0.25V、电流为111mA时,1dB压缩点输出功率大于21dBm,小信号增益在13±1.5dB,输入驻波比小于3,输出驻波比均小于1.7。芯片尺寸:1mm×2.5mm×0.1mm。同时给出了一种芯片级电磁场仿真验证方法,用该方法仿真的结果和测试结果非常一致,保证了电路设计的准确性。     

C波段高效率高线性GaN MMIC功率放大器

基于SiC衬底0.25μm GaN HEMT工艺,设计实现了一款C波段、高效率和高线性的单片微波集成电路(MMIC)功率放大器。通过优化电路匹配结构,选择合适的有源器件和恰当的直流偏置条件,实现低视频漏极阻抗;利用后级增益压缩和前级增益扩张对消等手段,实现高功率附加效率和好的线性指标。功率放大器芯片尺寸为2.35 mm×1.40 mm。芯片测试结果表明,在3.7~4.2 GHz频率范围内,漏极电压28 V、末级栅极电压-2.2 V、前级栅极电压-1.8 V和连续波条件下,该功率放大器的小信号增益大于25 dB,大信号增益大于20 dB,饱和输出功率大于39 dBm,在输出功率回退至32 dBm时,功率附加效率大于30%,三阶交调失真小于-37 dBc。     

75 GHz 13.92 dBm InP DHBT 共射共基功率放大器

报道了基于InP基双屏质结双板晶体管(DHBT)工艺的四指共射共基75 GHz微波单片集成(MMIC)功率放大器,器件的最高振荡频率fmax为150 GHz.放大器的输出极发射极面积为15μm×4μm.功率放大器在75 GHz时功率增益为12.3 dB,饱和输出功率为13.92 dBm.放大器在72.5 GHz处输入为2 dBm时达到最大输出功率14.53 dBm.整个芯片传输连接采用共面波导结构,芯片面积为1.06 mm×0.75 mm.     

应用于C-X-Ku波段的宽带功率放大器

采用0.25μm AlGaAs/InGaAs/GaAs PHEMT工艺技术,研制出了6～18GHz三级MMIC全匹配宽带功率放大器单片.在6～18GHz的工作频率下,放大器的平均功率增益为19dB,输出功率大于33.3dBm,在10GHz处有最大输出功率34.7dBm,输入回波损耗S11低于-10dB,输出回波损耗S22低于-6dB.与报道的C-X-Ku频段宽带功率放大器相比,有较好的功率平坦度.     

基于GaN-HEMT L波段高线性度功率放大器

介绍了一种基于GaN-HEMT的L波段线性功率放大器,GaN功率HEMT具备高电压、高功率密度和高温工作等特点,对提升功率放大器线性输出功率、工作效率和增益等性能起到重要作用。在GaN功率HEMT基础上,通过对功率放大器的线性化技术研究,使用ADS2009仿真软件建立电路模型,采用了预失真技术来改善功率放大器的线性度和工作效率,并且优化50Ω匹配电路来改善输入输出端驻波比和降低功率损耗。最终研制出在+28 V供电电压情况下,增益为16 dB、1 dB压缩点处输出功率为45 dBm和工作效率为35%的线性功率放大器。     

Ka波段高效率GaAs功率放大器MMIC

采用GaAs PHEMT工艺,研究了PHEMT器件材料结构和大信号建模,分析了如何提高电路效率,并利用ADS软件对电路进行了原理图与版图优化设计,成功研制了高效率Ka波段GaAs功率放大器MMIC。电路采用三级级联放大,各级选取合适的总栅宽,使用Wilkinson功率分配/合成网络,采用阻性网络消除奇模振荡,输入输出均匹配至50Ω。在36～40 GHz频带内测试,测试结果表明:饱和输出功率大于2 W,功率增益大于17 dB,功率附加效率大于20%,频带内最高效率高达25%,芯片尺寸3.7 mm×3.2 mm。     

锯齿型源漏结构的新型InP基HEMT器件

毫米波晶体管的制作技术是微波电路设计和制造的基础.从优化器件结构的角度,提出了一种锯齿型源漏的新型InP基HEMT器件.实验证明,采用这种结构可以减少光刻过程中临近效应的影响,改善源漏的图形形貌,提高器件制做的成品率.获得了具有良好直流和微波特性的晶体管,其跨导达到1050mS/mm,阈值电压为-1.0V,截止频率达到120GHz.     

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%。     

一体化匹配网络的Q波段Doherty功率放大器MMIC设计

提出了一种毫米波Doherty放大器一体化匹配网络的设计方法。该匹配网络将功率合成、阻抗变换和相位调节功能一体化,结合兰格耦合器,去除了传统Doherty功放结构中输出和输入四分之一波长线。采用0.15μm GaN工艺研制了一款Doherty放大器MMIC。连续波测试条件下,此放大器在38～42 GHz频段内,饱和功率达到40 dBm,饱和PAE大于24%,6 dB输出功率回退PAE达到16%。在中心频率40 GHz、20 MHz双音间隔测试条件下,输出功率回退3 dB时,放大器的三阶交调失真IMD3小于-21 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 %。     

高效率X波段GaN MMIC功率放大器的研制

突破了GaN MMIC功率放大器的设计、制造、测试等关键技术,研制成功X波段GaN MMIC功率放大器。设计及优化了电路拓扑结构及电路参数,放大器芯片采用了国产外延材料及标准芯片制作工艺。单片功率放大器包含两级放大电路,采用了功率分配及合成匹配电路,输入输出阻抗均为50Ω。制作了微波测试载体及夹具,最终实现了X波段GaN MMIC功率放大器微波参数测试。在8.7～10.9 GHz频率范围内,该功率放大器输出功率大于16 W,功率增益大于14 dB,增益波动小于0.4 dB,输入驻波比小于2∶1,功率附加效率大于40%,带内效率最高达52%。     

单片集成微波/射频功率放大器技术进展

回顾了一些用于微波单级功率放大器的传统技术方案,讨论了各自的优缺点.从电路模块的角度,总结了若干兼顾功放线性度和效率指标的典型电路拓扑形式,包括Doherty电路、包络消除与恢复(EER)技术、LINC技术等,并总结了当前主要采用的基于电路系统层面的微波射频功放线性化方案.在此基础上,列举评点了文献中一些典型功放的电路特点和性能指标,可为设计和制造人员提供有益参考.     

V波段3 W GaN功率放大器MMIC

以50 μm厚的SiC为衬底,基于T型栅GaN HEMT工艺技术,设计并制作了一款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电路采用三级放大拓扑结构进行设计;采用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配和片上功率合成;采用介质电容和薄膜电阻进行偏置网络设计,实现稳定工作和低损耗输出.经测试,在55～65 GHz频带内,漏极工作电压+20V、栅极工作电压-2.3 V的偏置条件下,在占空比20％、脉宽100 μs脉冲状态时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到3 W以上,功率附加效率达到22％;连续波状态时,其饱和输出功率达到2.5 W以上,60 GHz时最高功率达到3 W.     

C波段75W GaN HEMT高效率功率放大器MMIC

报道了一款基于0.25μm GaN HEMT工艺的C波段75 W高效率功率放大器MMIC。为提高功率增益,芯片的整体拓扑结构设计为三级。在末级输出匹配电路上设计了一个高效电抗式匹配拓扑,在末级管芯输入匹配电路上运用了谐波控制技术,同时利用GaN HEMT器件大信号模型来优化驱动比,通过这三种技术途径有效提高了芯片的附加效率。为扩展工作带宽及提高稳定性,其他匹配电路采用有耗匹配方式。在漏压28 V、脉宽100μs、占空比10%的工作条件下,芯片在4.8～6.0 GHz频带范围内,典型输出功率达到75 W(最高81 W),增益大于25.5dB,附加效率大于51%(最高55%),芯片面积为3.8 mm×5.5 mm。     

4W、22dB小信号增益K波段砷化镓单片微波集成功率放大器

本文报道了一种基于AlGaAs/InGaAs/GaAs pHEMT工艺的4W K波段单片微波集成功率放大器。该功放采用0.15 μm功率pHEMT工艺,并在片内实现了输入、输出端口的50欧姆阻抗匹配。当直流偏置电压为5.6V、直流偏置电流为2.6A时,该功放在19~22 GHz工作频段内可以输出4W的饱和功率,并达到22dB的小信号增益、13dB的输入回波损耗、25%的功率附加效率。     

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。     

S波段GaN MMIC Doherty功率放大器

采用SiC衬底0.25 μm AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管工艺,研制了一款S波段GaN单片微波集成电路(MMIC)Doherty功率放大器,在回退的工作状态下仍可以保持较高的效率,可用于小型基站。为减小芯片尺寸,采用无源集总元件替代四分之一阻抗变换线;在输入端没有采用功分器加相位补偿线的结构,而是设计了一种集总结构的电桥来提高集成度。脉冲测试表明,在3~3.2 GHz频率范围内,饱和输出功率大于10 W,在回退6 dB处的功率附加效率(PAE)为38%,芯片尺寸为4.0 mm×2.4 mm。     

K波段预失真电路设计

提出了一种基于单片集成电路的K波段预失真电路设计,采用GaAs 0.15μm HEMT工艺流片。该电路将主路信号与失真信号分离,利用并联分布的功放作为非线性产生器件,增大了两个功放输入功率差,具有较好的幅度和相位特性,芯片尺寸仅1.9mm×3.0mm。测试结果显示,在21GHz处,该预失真芯片可提供3dB增益扩张和20°相位压缩。级联功放后,在三阶交调抑制为-30dBc的条件下,功率放大器的输出功率从14dBm提高至17.5dBm。