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。     

2W6～18GHz宽带MMIC功率放大器

运用微波在片测试技术和IC-CAP模型提取软件对总栅宽为850μm PHEMT器件进行了大信号建模,并利用此模型,采用分布式放大器与电抗匹配相结合的方法,制备了一款三级宽带功率放大器。实验测试结果和ADS仿真结果相吻合。其测试结果为:在6～18GHz频段内,平均输出功率Po为33dBm,功率增益Gp在22～24dB之间,功率附加效率PAE在23%～28%之间,输入输出端口电压驻波比VSWR<1.8,稳定性判断因子K>1(在5～19GHz内)。     

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0.25μm GaAs PHEMT工艺的32GHz毫米波单片功率放大器

设计、制造和测试了基于0.25μm栅长GaAs工艺的32GHz毫米波单片功率放大器.该功率放大器采用三级放大,工作电压为6V,工作电流为600mA.带内最大小信号增益为17.4dB,在32GHz具有0.5W的饱和功率输出.     

2～18 GHz GaAs超宽带低噪声放大器MMIC

基于90 nm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计并制备了一款2～18 GHz的超宽带低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC)。该款放大器具有两级共源共栅级联结构,通过负反馈实现了超宽带内的增益平坦设计。在共栅晶体管的栅极增加接地电容,提高了放大器的高频输出阻抗,进而拓宽了带宽,提高了高频增益,并降低了噪声。在片测试结果表明,在5 V单电源电压下,在2～18 GHz内该低噪声放大器小信号增益约为26.5 dB,增益平坦度小于±1 dB,1 dB压缩点输出功率大于13.5 dBm,噪声系数小于1.5 dB,输入、输出回波损耗均小于-10 dB,工作电流为100 mA,芯片面积为2 mm×1 mm。该超宽带低噪声放大器可应用于雷达接收机系统中,有利于接收机带宽、噪声系数和体积等的优化。     

5～10 GHz MMIC低噪声放大器

采用稳懋公司150 nm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计了一款5 ～ 10 GHz单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA).该LNA采用三级级联结构,且每一级采用相同的偏压条件,电路的低频工作端依靠电容反馈,高频工作端依靠电阻反馈调节阻抗匹配,从而实现宽带匹配,芯片面积为2.5 mm×1 mm.测试结果表明,工作频率为5～10 GHz,漏极电压为2.3V,工作电流为70 mA时,LNA的功率增益达到35 dB,平均噪声温度为82 K,在90％工作频段内输入输出回波损耗优于-15 dB,1 dB压缩点输出功率为10.3 dBm,仿真结果与实验结果具有很好的一致性.     

2～4GHz MMIC低噪声放大器

采用中国电子科技集团公司第十三研究所的GaAs PHEMT低噪声工艺,设计了一款2~4 GHz微波单片集成电路低噪声放大器(MMIC LNA)。该低噪声放大器采用两级级联的电路结构,第一级折中考虑了低噪声放大器的最佳噪声和最大增益,采用源极串联负反馈和输入匹配电路,实现噪声匹配和输入匹配。第二级采用串联、并联负反馈,提高电路的增益平坦度和稳定性。每一级采用自偏电路设计,实现单电源供电。MMIC芯片测试结果为:工作频率为2~4 GHz,噪声系数小于1.0 dB,增益大于27.5 dB,1 dB压缩点输出功率大于18 dBm,输入、输出回波损耗小于-10 dB,芯片面积为2.2 mm×1.2 mm。     

6～18GHz GaAs PHEMT 5位MMIC数字移相器

采用GaAs PHEMT工艺研制开发了一款6～18 GHz五位MMIC数字移相器。通过建立精确的器件模型、选择合理的单位拓扑以及设计优化原理图和版图,并在优化过程中采用性能冗余优化策略,保证了产品各项性能优异和高成品率。测试的电性能典型值表明,在工作频率范围内,11.25°/22.5°移相位的相移误差<2.5°,45°/90°/180°移相位的相移误差<5°,相移均方根误差<4.5°,插入损耗保持在7dB～10.5dB的范围内,32种相移态输入端与输出端的驻波比均小于1.7,最终芯片面积仅为3.555mm×4.055mm×0.1mm,可广泛用于相控阵雷达与电子对抗等系统。     

14～14.5 GHz 20 W GaAs PHEMT内匹配微波功率管

介绍了一种Ku波段内匹配微波功率场效应晶体管.采用GaAs PHEMT 0.25μm T型栅工艺,研制出总栅宽为14.4 mm的功率PHEMT管芯.器件由四管芯合成,在14～14.5 GHz频率范围内,输出功率大于20 W,附加效率大于27%,功率增益大于6 dB,增益平坦度为±0.3 dB.     

Design of 35 GHz 1 Watt GaAs pHEMT Power Amplifier MMIC

By using 0.15μm GaAs pHEMT (pseudomorphic high electron mobility transistor)technology,a design of millimeter wave power amplifier microwave monolithic integrated circuit(MMIC)is presented.With careful optimization on circuit structure,this two-stage power amplifier achieves a simulated gain of 15.5dB with fluctuation of 1 dB from 33 GHz to 37GHz.A simulated output power of more than 30dBm in saturation can be drawn from 3 W DC supply with maximum power added efficiency(PAE)of 26%.Rigorous electromagnetic simulation is performed to make sure the simulation results are credible.The whole chip area is 3.99mm2 including all bond pads.     

高效率GaAs/InGaAsHFET功率放大器

研制成 Ga As/ In Ga As异质结功率 FET(HFET) ,该器件是在常规的高 -低 -高分布 Ga As MESFET的基础上 ,在有源层的尾部引入 i-In Ga As层。采用 HFET研制的两级 C波功率放大器 ,在 5 .0～ 5 .5 GHz带内 ,当Vds=5 .5 V时 ,输出功率大于 3 2 .3 1 d Bm(0 .1 77W/ mm ) ,功率增益大于 1 9.3 d B,功率附加效率 (PAE)大于3 8.7% ,PAE最大达到 49.4% ,该放大器在 Vds=9.0 V时 ,输出功率大于 3 6.65 d Bm(0 .48W/ mm) ,功率增益大于 2 1 .6d B,PAE典型值 3 5 %     

0.2～30GHz GaAs FET开关模型的提取与验证

在GaAs单片微波集成电路(MMIC)设计中,准确的器件模型对于提高电路设计成功率和缩短电路研发周期起着重要作用。首先采用标准的GaAs MMIC工艺制造出不同栅指数和单位栅宽的开关PHEMT器件,然后对加工的开关电路在"开"态(Vgs=0 V)和"关"态(Vgs=-5 V)进行宽频率范围内的测量,基于测量结果建立起一个参数化的GaAs PHEMT开关等效电路模型,最后通过单刀单掷(SPST)开关来验证参数化模型。应用该参数化模型设计的电路实测与仿真结果基本吻合,证明参数化的GaAs PHEMT模型是可用的。该模型可用于30 GHz以下GaAs PHEMT工艺开关MMIC电路仿真设计。     

一款130～140GHz MMIC低噪声放大器

基于90 nm栅长的InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款工作于130 ～140 GHz的MMIC低噪声放大器(LNA).该款放大器采用三级级联的双电源拓扑结构,第一级电路在确保较低的输入回波损耗的同时优化了放大器的噪声,后两级则采用最大增益的匹配方式,保证了放大器具有良好的增益平坦度和较小的输出回波损耗.在片测试结果表明,在栅、漏极偏置电压分别为-0.25 V和3V的工作条件下,该放大器在130～ 140 GHz工作频带内噪声系数小于6.5 dB,增益为18 dB±1.5 dB,输入电压驻波比小于2:1,输出电压驻波比小于3:1.芯片面积为1.70 mm×1.10 mm.该低噪声放大器有望应用于D波段的收发系统中.     

具有带外抑制特性的Ka波段低功耗低噪声放大器

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,成功研制了一款30~34 GHz频带内具有带外抑制特性的低功耗低噪声放大器(LNA)微波单片集成电路(MMIC)。该MMIC集成了滤波器和LNA,其中滤波器采用陷波器结构,可实现较低的插入损耗和较好的带外抑制特性;LNA采用单电源和电流复用结构,实现较高的增益和较低的功耗。测试结果表明,该MMIC芯片在30~34 GHz频带内,增益大于28 dB,噪声系数小于2.8 dB,功耗小于60 mW,在17~19 GHz频带内带外抑制比小于-35 dBc。芯片尺寸为2.40 mm×1.00 mm。该LNA MMIC可应用于毫米波T/R系统中。     

0.5~2.7 GHz GaAs超宽带多功能MMIC芯片设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽型(E/D模)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了并行驱动器的多功能单片微波集成电路(MMIC)芯片。该芯片的移相器采用磁耦合全通网络(MCAPN)结构,功率分配器则使用集总元件进行集成,不仅缩小了芯片面积,并且在超宽带下实现了较好的相位精度和幅度一致性。采用微波探针台对芯片进行在片测试,结果表明在0.5~2.7 GHz,芯片性能良好:其小信号RF输入功率为0 dBm,芯片的插入损耗不大于7 dB,幅度波动在±0.8 dB以内,相位差为-98°~-85°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.9∶1,输出VSWR不大于1.9∶1,在-5 V电源下驱动器的静态电流为1 mA,响应速度为25 ns。芯片尺寸为3.4 mm×1.8 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、集成度高等特点,可应用于多波束天线系统中。     

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。     

C波段高增益低噪声放大器单片电路设计

主要介绍了C波段高增益低噪声单片放大器的设计方法和电路研制结果。电路设计基于Agilent ADS微波设计环境,采用GaAs PHEMT工艺技术实现。为了消除C波段低噪声放大器设计中在低频端产生的振荡,提出了在第三级PHEMT管的栅极和地之间放置RLC并联再串联电阻吸收网络的方法,降低了带外低频端的高增益,从而消除了多级级联低噪声放大器电路中由于低频端增益过高产生的振荡。通过电路设计与版图电磁验证相结合的方法,使本产品一次设计成功。本单片采用三级放大,工作频率为5～6GHz,噪声系数小于1.15dB,增益大于40dB,输入输出驻波比小于1.4∶1,增益平坦度ΔGp≤±0.2dB,1dB压缩点P-1≥10dBm,直流电流小于90mA。