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%。     

6～27 GHz GaAs宽带功率放大器MMIC

基于90 nm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺研制了一款6～27 GHz宽带功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。采用预匹配电路降低带内低频段的增益,将宽带电路设计简化为窄带电路设计。采用滤波器匹配网络,将GaAs PHEMT的栅极等效电容和漏极等效电容加入匹配电路中,缩小了宽带功率放大器MMIC的尺寸。在片测试结果表明,该放大器MMIC在6～27 GHz内,增益大于23 dB,增益平坦度约为±0.8 dB,饱和输出功率大于20.9 dBm。放大器MMIC的工作电压为4 V,电流为125 mA,芯片尺寸为1.69 mm×0.96 mm。该宽带功率放大器MMIC有利于降低宽带系统的复杂度和成本。     

基于LDMOS 器件的高功率宽带小型化功率放大器

相对于双极型Si功率器件,LDMOS功率器件在增益、线性度、可靠性等方面具有明显的优势而且成本较低。理论分析表明,固态雷达发射系统应用该功率器件可以减轻发射系统的重量和减小体积,提高输出功率和功率密度。本文依据相控阵雷达实际需求,利用LDMOS功率器件设计出一款P波段1000W高功率宽带小型化功率放大器。通过设计宽带输入、输出匹配网络实现放大器宽带工作(相对工作带宽50%),通过小型化紧凑电路设计和减重设计减小功率放大器体积和减轻重量,实现功放模块体积小(55×95mm)、重量轻(120g)的设计要求,通过漏极调制电路提高功率放大器的效率。实测结果与传统Si器件功率放大器相比,该功率放大器具有高输出功率及功率密度、体积小、重量轻、工作带宽宽的特点。     

0.2～2.0GHz100W超宽带GaN功率放大器

设计并实现了一款基于0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的100 W超宽带功率放大器。基于SiC无源工艺设计了集成无源器件(IPD)输入预匹配电路芯片;设计了基于陶瓷基片的T型集成输出预匹配电路;基于建立的传输线变压器(TLT)的精确模型,设计了宽带阻抗变换器,在超宽频带内将50Ω的端口阻抗变换至约12.5Ω,再通过多节微带电路与预匹配后的GaN HEMT芯片实现阻抗匹配。最终,以较小的电路尺寸实现了功率放大器的超宽带性能指标。测试结果表明,功率放大器在0.2～2.0 GHz频带内,在漏极电压36 V、输入功率9 W、连续波的工作条件下,输出功率大于103 W,漏极效率大于50%,输入电压驻波比(VSWR)≤2.5。     

一种S波段线性CDMA用高功率放大器

利用推挽电路和宽边耦合线合成器设计了一种S波段300 W固态高线性功率放大器。推挽电路利于宽带功率匹配,宽边耦合线合成器提高了功率合成的功率容量,从而实现了高线性输出功率的平坦特征。该功率放大器在S波段90 MHz频率范围内实现了线性300 W的功率输出,带内增益65±0.5 dB,三阶互调≤-45 dBc。     

基于GaN HEMT的0.8～4 GHz宽带平衡功率放大器

基于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)技术,研制了在0.8 ～4 GHz频率下,输出功率大于50 W的宽带平衡式功率放大器.采用3 dB耦合器电桥构建平衡式功率放大器结构;采用多节阻抗匹配技术设计了输入/输出匹配网络,实现了功率放大器的宽带特性;采用高介电常数Al2O3基材实现了小型化功率放大器单元;采用热膨胀系数与SiC接近的铜-钼-铜载板作为GaN HEMT管芯共晶载体,防止功率管芯高温工作过程中因为热膨胀而烧毁.测试结果表明,在0.8～4 GHz频带内,功率放大器功率增益大于6.4 dB,增益平坦度为±1.5 dB,饱和输出功率值大于58.2W,漏极效率为41％ ～62％.     

一种带功率检测的TD-SCDMA锗硅功率放大器

设计了一个用于TD-SCDMA的锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)功率放大器。该放大器使用3.3 V电源,内部实现了包括级间匹配网络等的全电路片上集成。对于码分多址环境,功率放大器提供28 dBm的功率输出,实现34.8%的功率附加效率(PAE),另外,在28 dBm的输出功率下,邻道功率泄漏比(ACPR)小于-35 dBc。该功率放大器同时包括动态控制偏置电路和完全集成的功率检测器。     

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。     

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%。     

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的高线性射频功率放大器

采用0.18 μm SiGe BiCMOS工艺,设计应用于无线局域网(WLAN )802.11b/g 2.4 GHz 频段的Class AB 射频功率放大器.该放大器采用两级放大结构,具有带温度补偿的线性化偏置电路.仿真结果显示:电路的输入匹配S11小于-13 dB,输出匹配S22小于-20 dB,功率增益达27.3 dB,输出1 dB压缩点为23 dBm, 最大功率附加效率(PAE)为21.3%;实现了匹配电路、放大电路和偏置电路的片上全集成,芯片面积为1 148 μm×1 140 μm.     

应用于S频段的宽带高谐波抑制的F类功率放大器的设计

采用InGaP/GaAs HBT工艺设计了一个适用于S频段的宽带F类功率放大器,管芯大小为3×3×0.82mm3。为了同时实现高谐波抑制和宽带,在宽带匹配电路中使用了谐波陷波器。在1.8~2.5 GHz范围内,该匹配网络的输入阻抗约为一个常电阻,二次谐波阻抗约为零而三次谐波阻抗接近无穷大,因此提高了功率放大器的效率。输入测试信号为连续波,测试结果表明该功率放大器在1dB压缩点下的输出功率约为34dBm,PAE约为57%,2到4次谐波分量功率均小于-53dBc。     

高效率低谐波失真宽带功率放大器设计

基于连续型功率放大器理论,提出一种高效低谐波失真宽带功率放大器的设计方法,并采用GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件设计了验证电路。结合连续型功率放大器理论和多谐波双向牵引技术,找到一簇最佳负载阻抗值,并运用切比雪夫低通滤波器形式的阻抗变换器设计宽带匹配网络。偏置电路采用双扇形开路微带线和滤波电路相结合的方法进行设计,以减小电路尺寸和扩展具有高输入阻抗偏置电路的带宽。实验结果表明,在1.7~2.7 GHz工作频带内,功率附加效率为50%~60%,输出功率大于4 W,增益为(14±0.9)dB,二次谐波失真小于-25 dBc,三次谐波失真小于-60 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。     

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。     

一种输出匹配可调的、高线性度宽带功率放大器

采用自适应偏置技术和有源电感实现了一款输出匹配可调的、高线性度宽带功率放大器(PA)。自适应偏置技术抑制了功放管直流工作点的漂移,提高了PA的线性度。有源电感参与输出匹配,实现了输出匹配可调谐,该策略可调整因工艺偏差、封装寄生造成的输出匹配退化。利用软件ADS对电路进行验证,结果表明,在4 GHz频率下,输入1dB压缩点(Pin 1dB)为-7dBm,输出1dB压缩点(Pout 1dB)为11dBm,功率附加效率(PAE)为8.7%。在3.1GHz~4.8 GHz频段内,增益为(20.3±1.1)d B,输入、输出的回波损耗均小于-10dB。     

一种小型化高线性 GaN 功放器设计

采用ADS软件对一种高线性GaN功率放大器进行匹配电路设计,并制作了一款超小尺寸的高线性放大电路。该电路采用0.254 mm厚的Al2 O3陶瓷作为基板,放大晶体管选用无封装芯片,在5 mm ×6 mm的小尺寸范围内完成电路制作。制作的小尺寸高线性放大电路实现了在输入双音信号频率为4 G Hz和4.002 G Hz、输出总功率为2 W时,三阶互调抑制35 dBc ,功率附加效率35％。     

GaAs pHEMT工艺6～18GHz有源倍频器MMIC

基于GaAs pHEMT工艺,设计了一个6～18 GHz宽带有源倍频器MM IC,最终实现了较高的转换增益和谐波抑制特性。芯片内部集成了输入匹配、有源巴伦、对管倍频器和输出功率放大器等电路。外加3.5 V电源电压下的静态电流为80 mA;输入功率为6 dBm时,6～18 GHz输出带宽内的转换增益为6 dB;基波和三次谐波抑制30 dBc。当输出频率为12 GHz时,100 kHz频偏下的单边带相位噪声为-143 dBc/Hz。芯片面积为1 mm×1.5 mm。     

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。     

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。