基于AlGaN/GaN HEMT的X波段内匹配功率合成放大器的设计

利用内匹配和功率合成技术设计了X波段AlGaN/GaN HEMT功率合成放大器.电路包含有四个AlGaN/GaN HEMT和制作在Al2O3陶瓷基片上的输入输出匹配电路.在偏置条件VDS=30 V,IDS=700 mA时8 GHz测出连续波饱和输出功率达到Pat=40 dBm(10 W),最大PAE=37.44%,线性增益9 dB.     

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.     

Ka波段GaN单片低噪声放大器研制

报道了Ka波段GaN自偏压低噪声三级放大电路的研制结果。在高Al含量的AlGaN/GaN HEMT外延结构上,采用电子束直写工艺制备了栅长100nm的"T"型栅结构。器件直流测试最大电流密度为1.55A/mm,最大跨导为490mS/mm;小信号测试外推其fT和fmax分别为95GHz及230GHz。采用该工艺制备的自偏压三级放大电路工作电压7V,在33~47GHz小信号增益大于20dB,噪声系数均值在2dB左右,单频点噪声系数可达1.6dB,噪声水平达到GaN器件在该频段的高水平。此外,该单片电路的功耗在560mW左右,带内连续波测试输出P-1>15dBm。     

Ka波段22dBm氮化镓单片集成放大器

设计了CPW式Ka波段氮化镓单片集成放大器,并基于国内的GaN外延片和工艺完成了芯片的制备。据我们所知,这是国内首次报道的Ka波段氮化镓单片集成放大器。该单级集成放大器使用了一个栅长0.25μm,栅宽275μm的AlGaN/GaN HEMT。在Vds=10V连续波测试条件下,放大器的工作带宽为1.5GHz。其中在26.5GHz的线性增益为6.3dB,最大输出功率22dBm,最大附加效率9.5%。该MMIC所使用的AlGaN/GaN HEMT在Ka波段、Vds=10V条件下的输出功率密度达到1W/mm。     

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%。     

X波段低噪声放大器的设计

为了实现X波段的低噪声放大器,介绍了按最小噪声系数设计,采用两级级联,利用Eudyna公司的HEMT晶体管设计制作的低噪声放大器。通过专用微波电路设计软件(AWR),对该电路的稳定系数、功率增益、噪声系数、驻波比、匹配网络等进行了仿真分析。根据分析结果制作的X波段LNA取得了如下指标:在9.5～10.5 GHz频带内,功率增益大于22 dB,噪声系数小于1.5 dB,输入输出驻波小于1.7。     

宽带GaN单片功率放大器研究

基于GaN HEMT器件在微波功率方面的优越性能,设计并实现了宽带GaN单片功率放大器.简述了AlGaN/GaN异质结构的优势以及现状,同时结合热分析的方法给出了所选GaN HEMT器件的基本尺寸和性能,并采用ICCAP提取了合适的大信号模型,通过器件性能优选拓扑结构,最终运用宽带匹配的方法并结合较先进的仿真软件设计了一款GaN宽带单片功率放大器.测试结果表明,单片放大器脉冲工作方式下在2～7 GHz频带内,小信号增益G＞18 dB,输入回损＜-10 dB,脉冲饱和输出功率Po＞5 W,功率增益GP＞15 dB,典型功率附加效率25%(测试条件为脉宽100μs,占空比10%).GaN HEMT器件具有较高的功率密度和良好的宽带特点.     

X波段GaN五位数字移相器MMIC的设计

采用0.5μm GaN HEMT工艺设计了X波段五位数字移相器的单片微波集成电路(MMIC),描述了移相器的设计过程,并进行了版图电磁仿真。该移相器采用高低通滤波器型网络和加载线型结构。利用电路匹配技术设计移相器电路的开关结构,将GaN器件的插入损耗从14 dB降至1 dB。版图仿真结果表明,在9.2 GHz~10.2 GHz频带范围内,均方根移相误差小于3.5°,插入损耗典型值为17.4 dB,回波损耗小于-12 dB,版图尺寸为5.0 mm×4.7 mm。     

S波段平衡式限幅MMIC低噪声放大器设计

结合混合微波集成电路(HMIC)工艺和砷化镓单片微波集成电路(MMIC)工艺各自优势,设计制作了一款小型化大功率S波段平衡式限幅MMIC低噪声放大器.采用平衡式结构,提高了限幅功率容量和可靠性.由于金丝键合线的等效电感具有更高Q值,低噪声放大器单片的输入匹配采用外部金丝键合线匹配,有效降低了低噪声放大器单片的噪声系数.限幅器采用混合集成工艺制成,能够耐受较大功率.利用微波仿真软件,设计制作了兰格(Lange)电桥、限幅电路和低噪声放大器输入匹配等电路.最终产品尺寸仅为22 mm×16 mm×6 mm,在2.7～3.5 GHz内增益27 ～ 28 dB,噪声系数小于1.3 dB,驻波比小于1.3,该平衡限幅MMIC低噪声放大器可承受功率超过200 W、占空比为15％的脉冲功率冲击.     

SiC衬底X波段GaN MMIC的研究

使用国产6H-SiC衬底的GaN HEMT外延材料研制出高工作电压、高输出功率的AlGaN/GaN HEMT.利用ICCAP软件建立器件大信号模型,利用ADS软件仿真优化了双级GaN MMIC,研制出具有通孔结构的GaN MMIC芯片,连续波测试显示,频率为9.1～10.1 GHz时连续波输出功率大于10 W,带内增益大于12 dB,增益平坦度为±0.2 dB.该功率单片为第一个采用国产SiC村底的GaN MMIC.     

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

报道了研制的SiC衬底AIGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaNHEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.     

A Ka-band 22 dBm GaN amplifier MMIC

A Ka-band GaN amplifier MMIC has been designed in CPW technology,and fabricated with a domestic GaN epitaxial wafer and process.This is,to the best of our knowledge,the first demonstration of domestic Kaband GaN amplifier MMICs.The single stage CPW MMIC utilizes an AlGaN/GaN HEMT with a gate-length of 0.25μm and a gate-width of 2×75μm.Under V_ds=10 V,continuous-wave operating conditions,the amplifier has a 1.5 GHz operating bandwidth.It exhibits a linear gain of 6.3 dB,a maximum output power of 22 dBm and a peak PAE of 9.5%at 26.5 GHz.The output power density of the AlGaN/GaN HEMT in the MMIC reaches 1 W/mm at Ka-band under the condition of V_ds=10 V.     

GaN HEMT的温度特性及其应用

对0.25 μm双场板结构GaN HEMT器件的温度特性进行了研究.负载牵引测试结果显示,GaN HEMT增益的温度系数为-0.02 dB/°C、饱和输出功率系数为-0.004 dB/°C.大的增益温度系数结合GaN HEMT 自热效应引起的高温升对实际应用特别是功率MMIC的设计带来了挑战.按常温设计的GaN功率MM...     

（英）D波段InP基高增益、低噪声放大芯片的设计与实现

利用90-nm InAlAs/InGaAs/InP HEMT工艺设计实现了两款D波段（110~170 GHz）单片微波集成电路放大器。两款放大器均采用共源结构,布线选取微带线。基于器件A设计的三级放大器A在片测试结果表明：最大小信号增益为11.2 dB@140 GHz,3 dB带宽为16 GHz,芯片面积2.6×1.2 mm2。基于器件B设计的两级放大器B在片测试结果表明：最大小信号增益为15.8 dB@139 GHz,3dB带宽12 GHz,在130~150 GHz频带范围内增益大于10 dB,芯片面积1.7×0.8 mm2,带内最小噪声为4.4 dB、相关增益15 dB@141 GHz,平均噪声系数约为5.2 dB。放大器B具有高的单级增益、相对高的增益面积比以及较好的噪声系数。该放大器芯片的设计实现对于构建D波段接收前端具有借鉴意义。     

Noise parameters for design of MMIC HEMT LNA

The letter gives the noise parameters of MOVPE HEMTs or the design of MMIC HEMT low-noise amplifiers. An example of the design of an HEMT LNA is given using these parameters. The MMIC LNA has been fabricated and exhibits a 2.3+or-0.2 dB noise figure with an associated gain of 12+or-2 dB in the 12-16 GHz frequency range. The measured performance is within 0.5 dB of the simulation.<>     

A coplanar X-band AlGaN/GaN power amplifier MMIC on s.i. SiC substrate

This work presents a two-stage high-power amplifier monolithic microwave integrated circuit (MMIC) operating between 9 GHz and 11 GHz based on a fully integrated AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) technology on s.i. SiC substrate and is suitable for radar applications. The MMIC device with a chip size of 4.5/spl times/3 mm/sup 2/ yields a linear gain of 20 dB and a maximum pulsed saturated output power of 13.4 W at 10 GHz equivalent to 3.3 W/mm at V/sub DS/=35V, 10% duty cycle, and a gain compression level of 5 dB. Further, dc reliability data are given for the MMIC HEMT technology.     

A monolithically integrated HEMT-HBT low noise high linearityvariable gain amplifier

We report on a 1-6 GHz HEMT-HBT three-stage variable gain amplifier (VGA), which is realized using selective molecular beam epitaxy (MBE). The VGA integrates an HEMT low noise amplifier with an HBT analog current-steer variable gain cell and output driver stage to achieve a combination of low noise figure, wide gain control, and high linearity. The HEMT-HBT VGA MMIC obtains a maximum gain of 21 dB with a gain control range >30 dB, a minimum noise figure of 4.3 dB, and an input IP3 (IIP3) greater than -4 dBm over 25 dB of gain central range. By integrating an HEMT instead of on HBT preamplifier stage, the VGA noise figure is improved by as much as 2 dB compared to an all-HBT single-technology design. The HEMT-HBT MMIC demonstrates the functional utility and RF performance advantage of monolithically integrating both HEMT and HBT devices on a single substrate     

A GaN differential oscillator with improved harmonic performance

The first AlGaN/GaN HEMT based differential oscillator is reported. The MMIC oscillates at a frequency of 4.16 GHz and provides 22.9 dBm of power from one side at a biasing of V/sub gs/-1 V and V/sub ds/20 V. The HEMTs each have a 0.7 /spl mu/m/spl times/200 /spl mu/m gate. The second harmonic is 45 dB below the carrier and the third harmonic is more than 70 dB below the carrier. To our knowledge, this is the best reported harmonic performance for a GaN oscillator. The oscillator efficiency is between 4% and 9.4% depending on bias. The measured phase noise is -86.3 dBc and -115.7 dBc at offsets of 100 kHz and 1 MHz respectively. The phase noise at a 1 MHz offset is similar to the noise performance of FET based differential oscillators in other technologies.     

0.15μm GaN HEMT及其应用

报道了毫米波应用的0.15μm场板结构GaN HEMT。器件研制采用了76.2mm(3英寸)SiC衬底上外延生长的AlGaN/GaN异质结构材料,该材料由MOCVD技术生长并引入了掺Fe GaN缓冲层技术以提升器件击穿电压。器件栅脚和集成了场板的栅帽均由电子束光刻实现,并采用栅挖槽技术来控制器件夹断电压。研制的2×75μm栅宽GaN HEMT在24V工作电压、35GHz频率下的负载牵引测试结果显示其输出功率密度达到了4W/mm,对应的功率增益和功率附加效率分别为5dB和35%。采用该0.15μm GaN HEMT技术进行了Ka波段GaN功率MMIC的研制,所研制的功率MMIC在24V工作电压下脉冲工作时(100μs脉宽、10%占空比),29GHz频点处饱和功率达到了10.64W。     

一种新颖的具有HEMT和GaAs MMIC的Ku波段低噪声放大器

本文介绍了一种具有高电子迁移率晶体管(HEMT)和砷化镓单片微波集成电路(GaAs MMIC)的Ku波段低噪声放大器。在11.7～12.2GHz频率范围内,该放大器的噪声系数小于1.9dB,相关增益大于27dB,输入和输出驻波比小于1.4。放大器第一级采用了HEMT和微波串联电感反馈技术,放大器未级采用了Ku波段GsAs MMIC。设计的关键是采用微波串联电感反馈方法同时获得最佳噪声和最小输入驻波匹配。放大器的输入端和输出端均为BJ-120波导。