X波段双模功率MMIC设计

基于有源负载调制的多阻抗匹配技术,采用0.25μm GaN HEMT工艺,研制了一款工作在X波段双模功率放大器芯片,使功率放大器在峰值及回退10 dB两种输出功率模式下均具有较高的效率。采用对称双路三级放大拓扑设计,利用多阻抗匹配与电压切换方式实现双模工作。主功放设计兼顾高功率与低功率模式下的输出功率与效率;辅功放兼顾低功率模式下输出匹配网络呈现高阻状态与高功率模式下匹配网络实现宽带匹配两种状态。测试结果表明,在25℃环境温度、脉宽100μs、占空比10%脉冲测试下,8.5～13.0 GHz频率范围内,功率放大器的高功率模式饱和输出功率最高可达47.5 dBm,功率附加效率最高达到43%;10～12 GHz频率范围内,低功率模式输出功率可达37 dBm,功率附加效率最高达到27%。     

S波段GaN MMIC Doherty功率放大器

采用SiC衬底0.25 μm AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管工艺,研制了一款S波段GaN单片微波集成电路(MMIC)Doherty功率放大器,在回退的工作状态下仍可以保持较高的效率,可用于小型基站。为减小芯片尺寸,采用无源集总元件替代四分之一阻抗变换线;在输入端没有采用功分器加相位补偿线的结构,而是设计了一种集总结构的电桥来提高集成度。脉冲测试表明,在3~3.2 GHz频率范围内,饱和输出功率大于10 W,在回退6 dB处的功率附加效率(PAE)为38%,芯片尺寸为4.0 mm×2.4 mm。     

W波段三路合成GaN功率放大器MMIC

基于GaNHEMT工艺,研制了一款W波段功率放大器MMIC.利用Lange耦合器将3个饱和输出功率大于1 W的单元电路进行三路片上功率合成来实现该功率放大器MMIC.该芯片的制作采用了 0.1 μm T型栅GaN HEMT技术,衬底为50 μm厚的SiC.芯片为三级级联拓扑结构,采用高低阻抗传输线、介质电容等进行匹配和偏置电路设计,实现低损耗输出,芯片尺寸为3.37 mm×3.53 mm×0.05 mm.测试结果表明,在漏源工作电压15 V、88～92 GHz频率范围内,该MMIC的线性增益大于15 dB,饱和输出功率大于3W.该MMIC具有功率大、输入输出回波损耗小及应用范围广的优势.     

一体化匹配网络的Q波段Doherty功率放大器MMIC设计

提出了一种毫米波Doherty放大器一体化匹配网络的设计方法。该匹配网络将功率合成、阻抗变换和相位调节功能一体化,结合兰格耦合器,去除了传统Doherty功放结构中输出和输入四分之一波长线。采用0.15μm GaN工艺研制了一款Doherty放大器MMIC。连续波测试条件下,此放大器在38～42 GHz频段内,饱和功率达到40 dBm,饱和PAE大于24%,6 dB输出功率回退PAE达到16%。在中心频率40 GHz、20 MHz双音间隔测试条件下,输出功率回退3 dB时,放大器的三阶交调失真IMD3小于-21 dBc。     

Ku波段GaN大功率高效率功率放大器MMIC

采用0.25μm栅长GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款Ku波段高输出功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。在器件结构上,通过优化场板尺寸参数提高器件的击穿电压,提升了其静态工作电压。在电路设计上,优化匹配结构以实现输出功率和效率的最佳匹配。测试结果表明,在14～16 GHz,功率放大器MMIC实现了饱和输出功率大于100 W,功率附加效率大于40%。该48 V Ku波段GaN功率放大器MMIC具有高电压、大功率、高效率的特点,具有广阔的应用前景。     

基于GaN HEMT的高线性星载Doherty功率放大器设计北大核心CSCD

在射频通信链路中,功率放大器决定了发射通道的线性、效率等关键指标。卫星通信由于是电池供电,对功率放大器的工作效率要求比较高。文章基于GaN HEMT晶体管采用对称设计完成了一款高效率的Doherty功率放大器。测试结果表明:该Doherty功放的功率增益大于29 dB;1 dB压缩点功率(P_(1 dB))大于35 dBm;在35 dBm输出时,其功率附加效率(PAE)大于47.5%,三阶交调失真(IMD3)大于35 dBc;在功率回退3 dB时,其PAE大于37%,IMD3大于32 dBc。     

微波、毫米波GaN HEMT与MMIC的新进展

综述了近几年微波、毫米波氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)与单片微波集成电路(MMIC)在高效率、宽频带、高功率和先进热管理等方面的应用创新进展.介绍了基于GaN HEMT器件所具有的高功率密度和高击穿电压,采用波形工程原理设计的各类开关模式的高效率功率放大器,以及基于GaN HEMT器件的高功率密度、高阻抗的特点与先进的宽带拓扑电路和功率合成技术相结合的宽频带和高功率放大器.详细介绍了微波高端和毫米波段的高效率、宽频带和高功率放大器,多功能电路和多功能集成的GaN MMIC.最后阐述了由于GaN HEMT的功率密度是其他半导体器件的数倍,其先进热管理的创新研究也成为热点.     

GaN MMIC六位数字衰减器的设计

基于GaN HEMT工艺成功研制出一款宽带六位数字衰减器,衰减范围为0～31.5 dB.通过研究GaN HEMT开关器件模型及电阻式衰减网络,选取合适的衰减器拓扑,减小了衰减器的插入损耗,提高了衰减精度,缩小了芯片尺寸.测试结果表明,在2～ 18 GHz频带内,该衰减器的插入损耗小于4.8 dB,64态衰减精度均方根误差小于0.6 dB,输入回波损耗小于-13 dB,输出回波损耗小于-12.5 dB,附加相移为-14°～4°.在10 GHz下,其1 dB压缩点输入功率达到34.5 dBm.裸片尺寸为2.30 mm× 1.10 mm.     

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.     

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。     

C波段全集成GaN MMIC Doherty功率放大器设计

采用0.25 μm氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）工艺设计了一种全集成单片微波集成电路（MMIC）多尔蒂（Doherty）功率放大器（DPA）。采用了新型的拓扑结构,去除了传统DPA中主路放大器的阻抗变换器以及两路合成后的阻抗转换器,直接在主路输出匹配网络（OMN）中实现饱和点和回退点的阻抗的转换,采取适当的阻抗,与传统电路相比,降低了阻抗转换率,拓宽了频带。此外功率分配器也采用了新颖的拓扑结构,减少了元器件的使用,并且在DPA的匹配网络中使用集总电感的电容降低版图的面积。设计了一款工作在4.6~5.4 GHz的Doherty类功放,版图后仿真结果显示,饱和输出功率为40 dBm,饱和点漏极效率DE为58.9%~61.3%,6 dB回退点的漏极效率为38.3%~45%,增益为8.4~11.3 dB,版图面积为2.4 mm×1.1 mm。     

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.     

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)。     

X-波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

<正>AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)以其高输出功率密度、高电压工作和易于宽带匹配等优势将成为下一代高频固态微波功率器件。微波功率器件主要有内匹配功率管和功率单片微波集成电路(MMIC)两种结构形式,功率MMIC尽管其研制成本相对较高,但功率MMIC可实现宽带匹配,同时功率MMIC的体积较内匹配功率管小得多,是满足诸如X     

2～11GHz GaN HEMT功率MMIC

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)以其输出功率密度大、工作电压高和输出阻抗高等特点,在微波通信、雷达等领域有着广泛的应用前景,将成为下一代高频固态微波功率器件.     

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.     

X-波段AlGaN/GaN HEMT 功率MMIC

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)以其高输出功率密度、高电压工作和易于宽带匹配优势将成为下一代高频固态微波功率器件.     

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.