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。     

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。     

基于GaAs IPD的X波段200W GaN宽带功率放大器

基于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)研制了一款X波段宽带内匹配大功率放大器。输入匹配电路采用高集成的GaAs集成无源元件(IPD)技术，在有限空间内实现宽带匹配。输出匹配电路采用L-C-L匹配网络及三节阻抗变换线，实现四胞匹配合成。该放大器封装在采用铜-钼铜-铜热沉的金属陶瓷管壳内，尺寸仅为24 mm×17.4 mm×5 mm。测试结果显示，在36 V漏极电压下，8.5～10.5 GHz频带内饱和输出功率大于200 W,功率附加效率≥38%,功率增益平坦度小于0.8 dB。该功率放大器具有广阔的工程应用前景。     

基于GaN HEMT的X波段连续波内匹配功率管设计

采用内匹配技术,使用两枚GaN HEMT 晶体管,在X 波段8.0~8.5 GHz 频段内,设计并实现了一种高可靠性、高功率附加效率的功率放大器。基于南京电子器件研究所提供的晶体管及负载牵引数据,并结合“L-C-L”匹配网络以及威尔金森功率分配/ 合成器,对晶体管的输入和输出阻抗进行了相应匹配,使得其端口阻抗均为50 Ω。最终通过两胞合成的方式实现了在目标频段内,栅电压-2.2 V、漏电压24 V,连续波工作状态下,所设计功率放大器输出功率高于20 W、功率增益大于10 dB、功率的附加效率大于49.7%。其中,在8.1~8.4 GHz,该功率放大器功率附加效率超过52%,优于我国现有相近频段内匹配功率放大器的功率附加效率,并通过实验验证了该设计方案的可靠性。     

12～15GHz 5W GaAs宽带内匹配功率管及其应用

报道了一种新型的砷化镓宽带高效内匹配功率放大器,它采用集总参数与分布参数相混合的匹配电路形式,取用南京电子器件研究所研制的12 mm功率PHEMT管芯,研制的内匹配功率放大器在12～15 GHz频带内,输出功率大于5 W,功率增益大于6 dB,相对带宽为25%,典型功率附加效率为25%。     

S波段小型化高增益集成功放设计

介绍了一种S波段小型化集成功放模块的设计方法。该模块采用GaAs和硅功率芯片,通过内匹配混合集成电路技术,将两级芯片集成到金属密封管壳中。实测结果表明,在脉宽200μs,占空比10%的测试条件下,3.1～3.4GHz全带内功率放大器输出功率能达到60W,36V电源效率大于35%,模块尺寸仅为26.5mm×15.0mm×5.0mm。     

X波段60W高效率GaN HEMT功率MMIC

研制了一款采用0.25μm GaN功率MMIC工艺研制的X波段高效率功率放大器芯片。芯片采用三级放大拓扑结构设计。末级匹配电路采用电抗匹配方式兼顾输出功率和效率,同时优化驱动级和末级管芯栅宽比以及级间匹配电路,降低驱动级管芯电流。通过这两种技术途径有效提高芯片的功率附加效率。输入级和级间匹配电路采用有耗匹配方式,扩展工作带宽以及提高稳定性。芯片在8~12GHz频带范围内漏压28V,脉宽100μS,占空比10%工作条件下输出功率达到47.5~48.7dBm,功率增益大于20dB,功率附加效率40%~45%。芯片面积3.5mm×3.8mm,单位面积功率密度为5.57 W/mm2,连续波条件下热阻为1.7K/W。     

0.13 μm CMOS Stacked-FET两级功率放大器设计北大核心CSCD

基于TSMC 0.13μm CMOS工艺设计了一款适用于无线传感网络、工作频率为300~400 MHz的两级功率放大器。功率放大器驱动级采用共源共栅结构,输出级采用了3-stack FET结构,采用线性化技术改进传统偏置电路,提高了功率放大器线性度。电源电压为3.6 V,芯片面积为0.31 mm×0.35 mm。利用Cadence Spectre RF软件工具对所设计的功率放大器电路进行仿真,结果表明,工作频率为350 MHz时,功率放大器的饱和输出功率为24.2 d Bm,最大功率附加效率为52.5%,小信号增益达到38.15 d B。在300~400 MHz频带内功率放大器的饱和输出功率大于23.9 d Bm,1 d B压缩点输出功率大于22.9 d Bm,最大功率附加效率大于47%,小信号增益大于37 d B,增益平坦度小于±0.7 d B。     

基于GaN HEMT的S波段小型化内匹配功率管设计

采用总栅宽36 mm的0.5 um工艺GaN HEMT功率管芯,通过合理选择目标阻抗、优化匹配网络,设计了一款包含扼流电路的S波段小型化内匹配功率管.在+48 V、-3.1 V工作电压下,2.7～3.4 GHz内,功率管输出功率≥250 W,功率增益≥12 dB,功率附加效率≥60％,尺寸仅为15 mm×6.6 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%。     

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。     

0.1～2.0 GHz 10W GaN单片行波放大器

报道了一款采用0.25μm GaN功率MMIC工艺研制的0.1~2.0 GHz超宽带功率放大器芯片。芯片采用非均匀分布式拓扑结构进行设计。在管芯栅极端设计稳定结构来提高电路的整体稳定性,在漏极端采用阻抗渐变的方式进行电路匹配,从而提高电路的效率。芯片漏压30 V、连续波条件下,在0.1~2.0 GHz频率范围内,线性增益大于18 d B,功率增益大于13 d B;在0.1~1.5 GHz频率范围内饱和输出功率大于10 W,功率附加效率大于55%,最高效率达到78%。芯片面积2.4 mm×1.9 mm。     

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。     

L波段GaN大功率高效率准单片功率放大器

研制了一款基于NEDI 0.25μm GaN功率MMIC工艺的L波段大功率高效率准单片功率放大器。采用两级拓扑结构,以准单片形式实现。输入采用有耗匹配网络提高芯片的稳定性,级间和末级匹配均采用无耗纯电抗网络,其中末级匹配电路通过低损耗陶瓷电路实现。合理规划前级与末级间推动比,降低前级漏电流,减小末级匹配损耗,优化谐波匹配,实现大功率高效率设计。芯片在28V脉冲电压下工作,在1.2~1.4GHz范围内,实测输出功率大于49dBm,功率增益大于25dB,功率附加效率达到73%。管芯部分及输入匹配电路采用GaN功率MMIC工艺制作,输出匹配电路采用低损耗陶瓷片介质加工,两块电路键合一起总面积8.0mm×5.6mm。     

10W高线性802.11n功率放大芯片设计

本文介绍了一款用于无线局域网802.11n的10W功率放大芯片。该芯片具有高功率、高增益、高效率和高集成度的特点,并且使用方便。芯片采用GaAs HBT技术,芯片面积仅为10mm×10mm。功率放大器采用了热分流式结构,饱和输出功率可达41dBm,功率附加效率达到40%,功率增益为38dB。此外芯片内部设计了50欧姆的输入输出匹配电路与片内ESD保护电路,方便用户安全使用。     

高增益S波段小型化200 W功率模块研制技术

采用多级射频放大电路以及高压脉冲调制技术,实现了S波段高增益小型化200 W功率模块的研制。驱动放大电路采用GaAs功率单片进行功率合成;末级放大电路依托栅长(0.5 μm) GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)芯片,选取多子胞结构来改善热分布,通过内匹配技术设计完成了双胞总栅宽24 mm GaN芯片的匹配网络,并设计高压脉冲调制电路提供电源,成功研制出了小型化的S波段200 W内匹配GaN功率模块。测试得出该模块实现了在输入功率10 dBm,栅极电压-5 V,漏极电压32 V,TTL调制信号输入条件下,输出频率在3.1~3.5 GHz处,输出功率大于200 W,功率附加效率(PAE)大于55%。模块实际尺寸为2.4 mm×38 mm×5.5 mm。     

基于变压器匹配的5G通信手机功率放大器设计

基于AWSC 2 μm的HBT工艺,设计了一种用于5G通信N77频段(3.3～4.2 GHz)的功率放大器。采用变压器匹配的方式,显著提高了功率放大器的增益、输出功率和功率附加效率,解决了放大电路级间匹配较难的问题。仿真和测试结果表明,在N77工作频段内,该功率放大器的增益为36～38 dBm,输出功率1 dB压缩点为37 dBm,输出功率1 dB压缩点处的功率附加效率为49.3 %,输出功率28.5 dBm处的功率附加效率为16.5 %、相邻频道泄漏比为-38.2 dBc。     

一个8~18GHz的宽带高功率放大器

设计研制了一个8~18GHz的混合集成电路宽带高功率放大器。高功率放大器由基于GaAs MMIC工艺的4指微带兰格耦合器实现。为了减小电磁干扰,采用散热效果好的多层AlN材料作为功率放大器的载体。当输入功率为25dBm时,功率放大器输出连续波饱和功率在8–13 GHz 频率范围内大于39dBm,在其他频率范围内大于38.6dBm,在11.9GHz我们得到最大输出功率39.4dBm。在整个频带内,功率附加效率大于18%,当输入功率为18dBm时小信号增益为15.70.7 dB。高功率功率放大器尺寸为25mm*15mm*1.5mm.     

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。     

Ku波段内匹配高功率且PAE超过30%的GaN HEMTs放大器

本文报道了一款工作于Ku波段的高功率高效率的内匹配功率放大器。该放大器采用外延于6H-SiC衬底上的栅长为0.3um、栅宽为4mm的 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管制作而成。为了改善电路的带宽,在输入输出匹配电路中分别采用了T型 预匹配网络。通过使用三维电磁仿真工具优化无源匹配网络,该放大器在Vds=30V、Vgs=-4V,占空比为10%的脉冲偏置下,获得了在13.8~14.3GHz的频率范围内最大输出功率为42.5dBm、功率附加效率为30%~36.4%以及线性增益为7~9.3dB的性能。以这样的功率和效率而言,该放大器功率密度达到4.45W/mm。