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。     

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。     

X波段GaN MMIC低噪声放大器设计

采用SiC衬底0.25 μm AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款X波段GaN单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA).放大器采用三级级联拓扑,第一级采用源极电感匹配,在确保良好的输入回波损耗的同时优化放大器噪声系数;第三级采用电阻电容串联负反馈匹配,在尽量降低噪声系数的前提下,保证良好的增益平坦度、输出端口回波损耗以及输出功率.在片测试表明,在10 V漏级电压、-2 V栅极电压偏置下,放大器静态电流为60 mA,8～12 GHz内增益为22.5 dB,增益平坦度为±1.2 dB,输入输出回波损耗均优于-11 dB,噪声系数小于1.55 dB,1 dB增益压缩点输出功率大于11.9 dBm,其芯片尺寸为2.2 mm×1.1 mm.装配测试表明,噪声系数典型值小于1.6 dB,可承受33 dBm连续波输入功率.该X波段GaN低噪声放大器与高功率放大器工艺兼容,可以实现多功能集成,具有广阔的工程应用前景.     

基于EFJ模式的宽带高效率Doherty功率放大器设计

将EFJ模式功率放大器应用于Doherty功率放大器的载波功率放大器,利用EFJ类功率放大器的阻抗特性改善了Doherty功率放大器的带宽。此外,还引入后谐波控制网络来提高Doherty功率放大器的效率。功放的输入匹配电路采用阶跃式阻抗匹配来进一步拓展工作带宽。使用CGH40010F GaN 晶体管设计并加工完成了一款宽带高效率Doherty功率放大器。测试结果显示,在3.2~3.7GHz 频段内,饱和输出功率达到43dBm,饱和漏极效率60%~72.5%,增益大于10dB。功率回退6dB时,漏极效率40%~48.5%。     

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.     

9～15GHz GaAs E-PHEMT高性能线性功率放大器

基于0.15 μm GaAs增强型赝配高电子迁移率晶体管(E-PHEMT)工艺,研制了一款用于5G通信和点对点传输的高性能线性功率放大器单片微波集成电路(MMIC).采用栅宽比为1:4.4的两级放大结构保证了电路的增益和功率指标满足要求;基于大信号模型实现了最优输入输出阻抗匹配:采用电磁场仿真技术优化设计的MMIC芯片尺寸为2.5 mm×1.1 mm.芯片的在片测试结果表明,静态直流工作点为最大饱和电流的35％、漏压为5V的条件下,在9 ～15 GHz频率内,MMIC功率放大器小信号增益大于20 dB,1 dB压缩点输出功率不小于27 dBm,功率附加效率不小于35％,功率回退至19 dBm时三阶交调不大于-37 dBc.     

一种V波段高效率5W GaN功率放大器MMIC

基于0.13μm SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计了一款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采用三级放大拓扑结构以满足增益需求;使用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配,通过威尔金森功分器/合成器完成功率放大器的末端功率合成;通过对晶体管宽长比的设计与多胞晶体管的合成,实现了功率放大器的高功率稳定工作和高效率输出。经过测试,在59～61 GHz频率范围内,在占空比为20%、脉宽为100μs时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到37 dBm以上,功率附加效率(PAE)大于21.1%,功率增益大于17 dB;连续波测试条件下输出功率大于36.8 dBm, PAE大于21%。该设计在输出功率和PAE上具有一定的优势。     

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.     

0.3～2.0 GHz 100 W GaN超宽带功率放大器北大核心CSCD

基于南京电子器件研究所0.25μm GaN HEMT工艺平台,设计了一款0.3~2.0GHz 100 W GaN超宽带功率放大器。GaN HEMT器件的射频参数由负载牵引系统测定,包括最大功率匹配阻抗和最大效率匹配阻抗。放大器用同轴巴伦结构实现超宽带匹配,用高介电常数介质板材制作匹配电路,实现放大器的小型化。放大器偏置电压28V,偏置电流0.5A。测试结果显示,在0.3~2GHz带宽内,放大器小信号增益平坦度小于±1.3dB。典型输出功率大于100 W,最小输出功率90 W,饱和功率增益大于9dB,功率平坦度小于±1.2dB,漏极效率大于50%。     

基于中和电容的60 GHz CMOS功率放大器设计

功率放大器（Power Amplifier, PA）是射频前端重要的模块,本文基于SMIC 55 nm RF CMOS 工艺,设计了一款60 GHz 两级差分功率放大器。针对毫米波频段下,硅基CMOS晶体管栅漏电容（Cgd）严重影响放大器的增益和稳定性的问题,采用交叉耦合电容中和技术抵消Cgd影响。通过优化级间匹配网络和有源器件参数,提高了功率放大器的输出功率,增益和效率。后仿结果显示,在1.2V的供电电压下,工作在60 GHz的功率放大器饱和输出功率为11.3 dBm,功率增益为16.2 dB,功率附加效率为17.0%,功耗为62 mW。芯片面积380×570 um2 。     

用于W-LAN的5.8GHz InGaP/GaAs HBT MMIC线性功率放大器

介绍了一种应用于W-LAN系统的5.8 GHz InGaP/GaAs HBT MMIC功率放大器。该功率放大器采用了自适应线性化偏置电路来改善线性度和效率,同时偏置电路中的温度补偿电路可以抑制直流工作点随温度的变化,采用RC稳定网络使放大器在较宽频带内具有绝对稳定性。在单独供电3.6 V电压情况下,功率放大器的增益为26 dB,1 dB压缩点处输出功率为26.4 dBm,功率附加效率(PAE)为25%。三阶交调系数(IMD3)在输出功率为26.4 dBm时为-19 dBc,输出功率为20 dBm时低于-38 dBc,在1 dB压缩点处偏移频率为20 MHz时邻道功率比(ACPR)值为-31 dBc。     

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.     

A 77 GHz mHEMT MMIC Chip Set for Automotive Radar Systems

A monolithic microwave integrated circuit (MMIC) chip set consisting of a power amplifier, a driver amplifier, and a frequency doubler has been developed for automotive radar systems at 77 GHz. The chip set was fabricated using a 0.15 µm gate‐length InGaAs/InAlAs/GaAs metamorphic high electron mobility transistor (mHEMT) process based on a 4‐inch substrate. The power amplifier demonstrated a measured small signal gain of over 20 dB from 76 to 77 GHz with 15.5 dBm output power. The chip size is 2 mm × 2 mm. The driver amplifier exhibited a gain of 23 dB over a 76 to 77 GHz band with an output power of 13 dBm. The chip size is 2.1 mm × 2 mm. The frequency doubler achieved an output power of –6 dBm at 76.5 GHz with a conversion gain of ?16 dB for an input power of 10 dBm and a 38.25 GHz input frequency. The chip size is 1.2 mm × 1.2 mm. This MMIC chip set is suitable for the 77 GHz automotive radar systems and related applications in a W‐band.     

Ka波段5W GaAs PHMET功率MMIC

报道了一款采用0.15μm GaAs功率MMIC工艺研制的Ka波段功率放大器芯片。芯片采用四级放大拓扑结构,在29～32GHz频带范围内6V工作条件下线性增益25dB,线性增益平坦度小于±0.75dB;饱和输出功率大于5W,饱和效率大于20%,功率增益大于22dB;1dB压缩点输出功率大于36.5dBm,效率大于18%。     

X波段宽带单片低噪声放大器

从获取放大器的等噪声系数圆最大半径的角度来进行电路设计,设计了工作于X波段9～14GHz的宽带低噪声单片放大器,采用法国OMMIC公司的0.2μmGaAsPHEMT工艺(fT=60GHz)研制了芯片。在片测试结果为在9～14GHz,噪声系数<2.5dB,最小噪声系数在10.4GHz为2.0dB,功率增益在所需频段9～14GHz大于21dB,输入回波损耗<-10dB,输出回波损耗<-6dB。在11.5GHz,输出1dB压缩点功率为19dBm。     

毫米波大动态宽带单片低噪声放大器

利用0.25μmGaAsPHEMT低噪声工艺,设计并制造了2种毫米波大动态宽带单片低噪声放大器。第1种为低增益大动态低噪声放大器,单电源+5V工作,测得在26～40GHz范围内,增益G=10±0.5dB,噪声系数NF≤2.2dB,1分贝压缩点输出功率P1dB≥15dBm;第2种为低压大动态低噪声放大器,工作电压为3.6V,静态电流0.6A(输出功率饱和时,动态直流电流约为0.9A),在28～35GHz范围内,测得增益G=14～17dB,噪声系数约4.0dB,1分贝压缩点输出功率P1dB≥24.5dBm,最大饱和输出功率≥26.8dBm,附加效率约10%～13.6%。结果中还给出了2种放大器直接级联的情况。     

具有平坦增益的X波段GaN单片功率放大器

A flat gain two-stage MMIC power amplifier with a 2.8 GHz bandwidth is successfully developed for X band frequency application based on a fully integrated micro-strip Al Ga N/Ga N HEMT technology on a semiinsulating Si C substrate. Designed with a binary-cluster matching structure integrated with RC networks and LRC networks, the developed power MMIC gets a very flat small signal gain of 15 d B with a gain ripple of 0.35 d B over 9.1–11.9 GHz at the drain bias of 20 V. These RC networks are very easy to improve the stability of used Ga N HEMTs with tolerance to the MMIC technology. Inside the frequency range of 9–11.2 GHz where the measurement system calibrated, the amplifier delivers a pulsed output power of 39 d Bm and an associated power added efficiency of about 20% at 28 V without saturation, as the available RF power is limited.     

Ku-Band Power Amplifier MMIC Chipset with On-Chip Active Gate Bias Circuit

We propose a Ku-band driver and high-power amplifier monolithic microwave integrated circuits (MMICs) employing a compensating gate bias circuit using a commercial 0.5 μm GaAs pHEMT technology. The integrated gate bias circuit provides compensation for the threshold voltage and temperature variations as well as independence of the supply voltage variations. A fabricated two-stage Ku-band driver amplifier MMIC exhibits a typical output power of 30.5 dBm and power-added efficiency (PAE) of 37% over a 13.5 GHz to 15.0 GHz frequency band, while a fabricated three-stage Ku-band high-power amplifier MMIC exhibits a maximum saturated output power of 39.25 dBm (8.4 W) and PAE of 22.7% at 14.5 GHz.