基于GaN工艺的3.3～3.6 GHz Doherty功率放大器MMIC设计北大核心

基于GaN工艺设计了一款饱和输出功率为44 dBm、功率回退为9 dB的非对称Doherty功率放大器。为了提高增益，在Doherty功率放大器前方增加驱动级。通过对主放大器的输出匹配电路进行阻抗匹配优化设计，去掉λ/4阻抗变换线；辅助功放输出阻抗采用RC网络等效代替，控制输出匹配电路相位为0°,确保关断时为高阻状态；合路点的最佳阻抗直接选取50Ω,从而去掉λ/4阻抗变换线。芯片仿真结果表明，在3.3～3.6 GHz时，Doherty功率放大器的饱和输出功率达到44 dBm以上，功率增益达到25 dB以上，功率附加效率(PAE)达到50%以上；功率回退为9 dB时，PAE达到34.7%以上。Doherty功率放大器的版图尺寸为3.4 mm*3.3 mm,驱动级功率放大器的版图尺寸为1.5 mm*1.7 mm。     

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%。     

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%。     

基于GaAs HBT工艺的高增益宽带Doherty功率放大器设计

在传统Doherty功率放大器的基础上,采用砷化镓(GaAs)异质结双极晶体管(HBT)工艺,设计了一款可应用于5G通信N79频段(4.4~5 GHz)的高回退效率MMIC Doherty功率放大器(DPA)。通过在Doherty电路中采用共射-共基结构,并在共射-共基结构中加入共基极接地电容,大幅提升了DPA的增益和输出功率。使用集总元件参与匹配,减小了芯片的面积。仿真结果表明,在目标频段内,增益大于28 dB,饱和输出功率约为38 dBm,饱和附加效率(PAE)为63%,7 dB回退处的效率达到43%。     

26 GHz高回退效率Doherty功率放大器

针对功率回退时主路功率放大器不能有效进入饱和状态导致Doherty功率放大器回退效率低的问题,通过降低主路功率放大器的供电电压,实现了高回退效率,同时增大辅路功放管的尺寸弥补了电路的总输出功率。基于0. 1μm GaAs pHMET工艺,设计了一个26 GHz两级非对称的Doherty功率放大器。仿真结果表明,在26 GHz时增益达到16 dB,功放的饱和输出功率为27. 4 dBm,峰值功率附加效率(PAE)为40. 7%,输出功率回退7 dB时PAE仍达到38%,与传统Doherty功率放大器相比具有更高的回退效率,版图的尺寸为3. 2 mm×2. 2 mm。     

基于GaN 的3. 4~ 3. 6 GHz 高增益Doherty 功率放大器

基于两级功率放大器架构,设计了一款平均输出功率为37 dBm(5 W)的高增益Doherty 功率放大器。 该器件通过增加前级驱动功率放大器提高Doherty 功率放大器的增益,采用反向Doherty 功率放大器架构,将λ/4 波 长传输线放置在辅助功放后端,相位补偿线放置在主功放前端,并使主功放输出匹配网络采用双阻抗匹配技术实现 阻抗变换,如此可扩宽功率放大器的工作带宽。连续波测试结果显示:3. 4~3. 6 GHz 工作频段内,饱和输出功率在 44. 5 dBm 以上,功率饱和工作点PAE 在43. 9%以上;在平均输出功率(37 dBm,5 W)工作点,回退量大于7. 5 dB,功 率附加效率PAE 为36. 8%以上,功率增益在31 dB 以上。     

1.8 GHz Doherty功率放大器小型化技术研究

基于In GaP/GaAs HBT工艺设计了一款工作在1. 8 GHz的三级Doherty功率放大器,第一、二级为驱动级,第三级为Doherty放大器。通过分析Doherty结构,在原有基础上重新设计Doherty电路,使用LC元件替代微带线,减小功率分配网络与合路匹配网络的面积,进而缩小整体电路的面积。将输入、输出匹配网络及功分、合路部分集成至基板上,整体封装尺寸5 mm×5 mm。测试结果表明,芯片输入、输出回波损耗优于-15 d B,放大器整体增益优于33 d B,3 d B压缩点输出功率35 d Bm,其中第三级Doherty放大器峰值功率附加效率(PAE) 47. 9%,8 d B回退点的功率附加效率32. 7%。     

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。     

一种基于阻抗缓冲匹配技术的高效率Doherty放大器

为了在功率回退时满足功率放大器对高效率的要求,提出了一种采用阻抗缓冲匹配技术的Doherty功率放大器。通过负载牵引仿真,得到功放管的最佳基波和谐波负载阻抗。在此基础上,采用一种谐波控制阻抗匹配网络设计方法来设计主/辅路放大器的输出匹配网络,实现了高回退效率。为了验证该方法的有效性,设计并实现了一个1.635 GHz高效率Doherty功率放大器。测试结果表明,该放大器的饱和功率大于44 dBm,峰值效率为75%,6 dB功率回退时的效率为70%。该方法能有效提高Doherty功率放大器的回退效率。     

基于GaN HEMT的高效率Doherty功率放大器设计

通过分析传统Doherty功放的负载调制网络存在的带宽限制和晶体管输出电容对于效率的影响问题。利用改善阻抗变换比和补偿载波功放晶体管的输出电容的方法提出一种新型负载调制网络,使用GaN HEMT晶体管并基于此网络设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。该Doherty功率放大器采用不等分结构设计。此外,采用阶跃式阻抗匹配方法设计主辅功放的输入输出匹配网络来拓展Doherty功放的工作带宽。测试结果显示,在2.8~3.2 GHz频段内,饱和输出功率达到45 dBm,饱和漏极效率65%~73.18%。功率回退6 dB时,漏极效率在45%~50%之间,功率回退9 dB时,漏极效率在38.94%~44.68%之间。