C波段高效率30W功率放大器研制

随着第三代半导体GaN器件技术的不断发展,GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)功率器件在电子系统中逐步得到了广泛应用。GaN功率器件具有工作效率高、功率密度大和击穿场强高的特点,非常适合用于大功率、连续波功率放大器设计。基于GaN功率器件大信号模型,采用Microwave Office 2009微波设计软件对功率放大器进行仿真优化,设计并研制出了C波段高效率30 W连续波功率放大器。该放大器功率器件采用了CREE公司C波段GaN HEMT功率器件,实现放大器尺寸为190 mm×50 mm×15 mm,端口阻抗为50Ω。放大器在5 650~5 950 MHz频带内、28 V工作条件下,连续波输出功率大于30 W,增益大于45 dB,效率大于30%。     

大脉宽高效率S波段功率放大器的研制

采用内匹配的技术,利用了GaN HEMT功率芯片研制了一款应用在S波段的大脉宽、大功率、高效率的功率放大器。放大器最终实现了1 ms脉宽、30%占空比、在600 MHz的带宽下脉冲输出功率大于150W、附加效率大于55%的设计目标,印证了GaN功率器件的优越性能和广泛应用前景。     

Ku波段60W AlGaN/GaN功率管

针对Ku波段60W氮化镓内匹配功率管,开展了内匹配电路的设计、合成以及内匹配电路的测试等研究工作,实现了GaN功率HEMT在Ku波段60W输出功率的内匹配电路,并使整个电路的输入、输出电路阻抗提升至50Ω。该功率管采用南京电子器件研究所研制的两个10.8mm栅宽管芯进行合成,最终研制的GaN Ku波段内匹配功率管在28V漏电压、1ms周期、10%占空比及14.0~14.5GHz频带内输出功率大于60W,最高功率输出66W,带内功率增益大于6dB,最大功率附加效率33.1%,充分显示了GaN功率器件在Ku波段应用的性能优势。     

Ku波段宽带氮化镓功率放大器MMIC

基于0.25μm栅长GaN HEMT工艺,采用三级放大拓扑结构设计了一款Ku波段GaN功率放大器.放大器设计从建立大信号模型出发,输出匹配网络和级间匹配网络均采用电抗匹配减小电路的损耗,从而提高整体放大器的功率效率.测试结果表明,该放大器在14.6~18GHz频带内,小信号增益30dB,脉冲饱和输出功率达15W,功率附加效率(PAE)大于32%;在14.8GHz频点处,放大器的峰值功率达19.5W,PAE达39%.该结果表明GaN MMIC具有高频高功率高效率的优势,具有广阔的应用前景.     

基于GaN HEMT的Doherty功率放大器设计

设计一款基于GaN HEMT的S波段Doherty功率放大器(DPA)。主放大器是采用GaN HEMT设计的AB类功放,辅助放大器是GaN HEMT的C类功放。利用ADS对电路进行仿真,单音测试结果表明,DPA工作频率在2.3~2.4 GHz,输入功率为29 dBm时,工作增益不小于14 dB,输出功率大于43 dBm,功率附加效率超过65%。分析了辅助放大器偏置电压对DPA性能的影响,偏置电压变小,DPA的效率和线性度较好。     

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。     

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。     

S 波段GaN HEMT 宽带逆F 类高效率功率放大器设计

提出一种宽频带GaN HEMT 逆F 类功率放大器设计方法,并完成S 波段高效率功率放大器的研制。首先对改进的GaN HEMT Angelov 大信号缩放模型进行分析,确定功放管栅宽模型参数;然后通过输出电容补偿、负载牵引技术获得最佳输入、输出阻抗,设计谐波控制网络实现对谐波阻抗的峰化;最后基于宽频带、高效率原则完成电路仿真版图优化。为验证该方法,基于国产GaN HEMT(栅宽1. 25mm)设计了一款中心频率2. 9GHz,带宽大于40% 的高效率逆F 类功放,测试结果表明频带内输出功率均大于3W、漏极效率达到60%。     

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%。     

Ku波段GaN大功率单刀双掷开关设计

基于开关器件的基本工作原理和设计方法,设计了一款GaN大功率Ku波段单刀双掷(SPDT)开关,并着重讨论了GaN大功率开关的耐功率能力.经制作得到不同栅指数、不同单指栅宽的GaN开关器件,测试了其基本性能,并比较了开关器件在GaN工艺与GaAs工艺下的性能差别.Ku波段SPDT开关实测S参数表明,插入损耗小于0.9 dB,隔离度大于27 dB,同时能够承受10W的连续波输入功率;适当牺牲耐功率能力可提升小信号的性能.这款开关可搭配GaN功率放大器与低噪声放大器用于收发组件前端.其尺寸仅有2.0 mm×1.4 mm,满足系统小型化的需求.     

6～18 GHz宽带GaN功率放大器MMIC

报道了一款采用三级拓扑结构的6～18 GHz宽带单片微波功率放大器芯片.放大器采用了微带结构,并使用电抗匹配进行设计,减小输出匹配电路的损耗和提高效率.经匹配优化后放大器在6～18 GHz整个频带内脉冲输出功率大于6 W,小信号增益达到25 dB,在14 GHz频点处峰值输出功率达到10 w,对应的功率附加效率为21%...     

Effects of output harmonic termination on PAE and output power of AlGaN/GaN HEMT power amplifier

The authors experimentally investigate and discuss the effects of output harmonic termination on power added efficiency (PAE) and output power of an AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) power amplifier (PA). The AlGaN/GaN HEMT PA with gate periphery of 1 mm was built and tested at L-band. Large-signal measurements and comparisons of the PAE and output power were carried out at different DC bias conditions from 50% of saturated drain current (I/sub dss/) to 1% of Id., for the PA with and without output harmonic termination. For class-AB operation at 25% of I/sub dss/, an increase of about 10% in peak PAE and 1 dBm in output power were observed in saturated output power range. Improvements of up to 9% in PAE and 1.2 dBm in output power were achieved over the measured DC bias conditions provided the output harmonics are properly terminated.     

A high-efficiency class-E GaN HEMT power amplifier at 1.9 GHz

A single stage class-E power amplifier in GaN high electron mobility transistor (HEMT) technology is reported. The circuit operates at 1.9 GHz. At 30-V drain bias, a power-added-efficiency (PAE) of 57% and a maximum output power of over 37dBm was achieved, corresponding to a power density of 5.25W/mm. At 40-V drain bias, an output power of 38.7dBm is achieved at 50% PAE corresponding to a power density of 7.4W/mm.     

S波段35W GaN功率MMIC

报道了一款采用两级拓扑结构的2～4 GHz宽带高功率单片微波功率放大器芯片.放大器采用了微带结构,并使用电抗匹配进行设计,重点在于宽带功率效率平坦化设计.经匹配优化后放大器在2～4 GHz整个频带内脉冲输出功率大于35 W,小信号增益达到22 dB,在2.4 GHz频点处峰值输出功率达到40 W,对应的功率附加效率为3...     

A Ku band internally matched high power GaN HEMT amplifier with over 30%of PAE

正We report a high power Ku band internally matched power amplifier(IMPA) with high power added efficiency(PAE) using 0.3μm AlGaN/GaN high electron mobility transistors(HEMTs) on 6H-SiC substrate.The internal matching circuit is designed to achieve high power output for the developed devices with a gate width of 4 mm.To improve the bandwidth of the amplifier,a T type pre-matching network is used at the input and output circuits,respectively.After optimization by a three-dimensional electromagnetic(3D-EM) simulator,the amplifier demonstrates a maximum output power of 42.5 dBm(17.8 W),PAE of 30%to 36.4%and linear gain of 7 to 9.3 dB over 13.8-14.3 GHz under a 10%duty cycle pulse condition when operated at V_(ds) = 30 V and V_(gs)=—4 V.At such a power level and PAE,the amplifier exhibits a power density of 4.45 W/mm.     

0.5μm AlGaN/GaN HEMT及其应用

报道了采用I线步进光刻实现的76.2 mm SiC衬底0.5μm GaN HEMT.器件正面工艺光刻均采用了I线步进光刻来实现,背面用通孔接地.栅脚介质刻蚀采用一种优化的低损伤RIE刻蚀方法实现了60°左右的侧壁倾斜角,降低了栅脚附近峰值电场强度,提高器件性能和可靠性.研制的GaN HEMT器件fT为15 GHz,fm...     

A Cool, Sub-0.2 dB Noise Figure GaN HEMT Power Amplifier With 2-Watt Output Power

This paper reports on a S-, C-band low-noise power amplifier (LNPA) which achieves a sub-0.2 dB noise figure (NF) over a multi-octave band and a saturated output power (Psat) of 2 W at a cool temperature of -30degC . The GaN MMIC is based on a 0.2 mum AlGaN/GaN-SiC HEMT technology with an f_T ~ 75 GHz. At a cool temperature of -30degC and a power bias of 15 V-400 mA, the MMIC achieves 0.25-0.45 dB average NF over a 2-8 GHz band and a linear P_1dB of 32.8 dBm ( ~ 2 W) with 25% power-added efficiency (PAE). At a medium bias of 12 V-200 mA, the amplifier achieves 0.1-0.2 dB average NF across the same band and a P_1dB of 32.2 dBm (1.66 W) with 35% PAE. The corresponding saturated output power is greater than 2 W. At a low noise bias of 5 V-200 mA, a remarkable 0.05-0.15 dB average NF is achieved with a P_1dB > 24 dBm and PAE ~ 33%. These results are believed to be the lowest NF ever reported for a multi-octave fully matched MMIC amplifier capable of > 2 W of output power.     

S波段GaN微波功率器件的研制

简要介绍了第三代新型半导体材料GaN的特点和优势,基于Agilent ADS微波仿真软件设计并实现了一款工作于S波段基于GaN的高效超宽带微波功率器件。测试结果表明,该器件适用于2.7～3.5GHz的超宽带,连续波和脉冲制式均可工作,在饱和状态下,输出功率大于15W,增益达到13dB,漏极效率超过45%,并在管壳内部实现了匹配和偏置电路,对GaN MOSFET微波功率器件小型化、超宽带、高增益和高效率的优异性能得以验证和实现。