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。     

一款低功率下具有高效率的多模多频功率放大器

越来越多的移动通信协议要求射频功率放大器在低功率模式下具有高效率和低工作电流,为了满足这种需求,本文提出了一种全集成的多模多频射频功率放大器模块设计。本设计通过双路径的功率放大器实现了高功率、中功率和低功率三种模式,并且模块内部没有任何用于模式选择的串联开关。在不同功率模式下,通过最优化负载设计,不仅极大程度的降低了芯片的工作电流,而且实现了良好的工作性能。本设计采用InGaP/GaAs异质结双极晶体管工艺和0.18um的互补金属氧化物半导体工艺完成流片。芯片的实际测试结果显示在低功率模式下,该射频功率模块仅3mA的静态电流,并且在1.7-2.0 GHz带宽范围内高中低功率模式都实现了良好的射频性能,在高功率模式下,输出功率28dBm时,实现了至少39.4% 的功率附加效率和-40 dBc邻道泄漏比;在中功率模式下,输出功率17 dBm时,实现了至少21.3% 的功率附加效率和-43 dBc邻道泄漏比;在低功率模式下,输出功率8 dBm时,实现了至少18.2% 的功率附加效率和-40 dBc邻道泄漏比。     

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。     

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。     

一种24 GHz CMOS功率放大器设计

基于130 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种高增益和高输出功率的24 GHz功率放大器。通过片上变压器耦合实现阻抗匹配和功率合成,有效改善放大器的匹配特性和提高输出功率。放大器电路仿真结果表明,在1.5 V供电电压下,功率增益为27.2 dB,输入输出端回波损耗均大于10 dB,输出功率1 dB压缩点13.2 dBm,饱和输出功率17.2 dBm,峰值功率附加效率13.5%。     

基于GaN TMIC集成片上天线技术的太赫兹功率放大器

介绍了一种由矩形微带贴片天线和功率放大器一体化集成设计的发射类型单片太赫兹集成电路.该电路采用 GaN HEMT 工艺制备, 实现了高功率密度和高效集成.片上天线被设计为功率放大器输出端接的功率辐射器和频率相关的输出负载调谐器.采用负载牵引技术实现了放大器与天线之间良好的阻抗匹配.在 100~110 GHz的频带范围内, 功率放大器的平均输出功率为 25.2 dBm, 平均功率附加效率（PAE） 为5.83%.单片太赫兹集成电路具有良好的辐射特性, 芯片的10 dB带宽为 1.5 GHz, 在109 GHz估算的等效各向同性辐射功率 （EIRP） 为 25.5 dBm.     

一种用于5G通信的高稳定双模功率放大器

采用国产40 nm CMOS工艺,设计了一种用于5G通信的28 GHz双模功率放大器。功率级采用大尺寸晶体管,获得了高饱和输出功率。采用无中心抽头变压器,消除了大尺寸晶体管带来的共模振荡问题。在共源共栅结构的共栅管栅端加入大电阻,提高了共源共栅结构的高频稳定性。采用共栅短接技术,解决了大电阻引起的差模增益恶化问题。在级间匹配网络中采用变容管调节,实现了双模式工作,分别获得了高功率增益和高带宽。电路后仿真结果表明,在高增益模式下,该双模功率放大器获得了20.8 dBm的饱和输出功率、24.5%的功率附加效率和28.1 dB的功率增益。在高带宽模式下,获得了20.6 dBm的饱和输出功率、22.6%的功率附加效率和12.2 GHz的3 dB带宽。     

基于GaN TMIC集成片上天线技术的太赫兹功率放大器（英文）

介绍了一种由矩形微带贴片天线和功率放大器一体化集成设计的发射类型单片太赫兹集成电路.该电路采用GaN HEMT工艺制备,实现了高功率密度和高效集成.片上天线被设计为功率放大器输出端接的功率辐射器和频率相关的输出负载调谐器.采用负载牵引技术实现了放大器与天线之间良好的阻抗匹配.在100～110 GHz的频带范围内,功率放大器的平均输出功率为25.2 dBm,平均功率附加效率(PAE)为5.83%,单片太赫兹集成电路具有良好的辐射特性,芯片的10 dB带宽为1.5 GHz,在109 GHz估算的等效各向同性辐射功率(EIRP)为25.5 dBm.     

基于变压器耦合的2.6GHz功率放大器的设计

基于InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺,设计了一款工作频率为2.6 GHz的功率放大器。其输出匹配网络由片外变压器及调谐电容组成,与传统的LC输出匹配网络相比,该匹配网络具有更低的插入损耗和更宽的带宽。功率放大器主体采用伪差分结构,通过变压器耦合进行单端口和差分端口之间的阻抗变换。实测结果表明,在2.6 GHz时,该功率放大器的增益达到了34 dB,饱和输出功率为33.6 dBm,峰值功率附加效率为32%。当输出功率为25 dBm时,邻近信道功率比约为-47 dBc。     

一种基于 ６５ ｎｍ ＣＭＯＳ 工艺的 ７７ ＧＨｚ 宽带功率放大器

本文采用65 nm CMOS工艺设计了一款基于四路功率合成的77 GHz （E波段）功率放大器。采用电容中和技术抵消密勒电容的负面效应;利用功率合成技术解决MOS管低击穿电压引起的低输出电压摆幅的问题,将多路输出功率高效合成以实现高功率输出。采用共轭匹配和多频点叠加的带宽拓展技术,有效实现电路阻抗匹配和带宽拓展。后仿真结果表明,在79 GHz处,该功率放大器的最大增益为20.5 dB,-3dB带宽为64～86 GHz,输出功率1dB压缩点为12.7 dBm,饱和输出功率16.6 dBm,峰值功率附加效率为16.5%。该功率放大器版图面积为0.29 mm2;在1.2 V供电电压下,功耗为211 mW。     

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。     

350 W双频带非对称Doherty功率放大器设计与实现

基于南京电子器件研究所0.5μm GaN HEMT工艺,设计了一款工作在1.8 GHz/2.3 GHz的大功率双频带非对称Doherty功率放大器。采用改进型的双频匹配网络结合双阻抗匹配的方法进行输出匹配电路设计,降低了传输线参数计算的复杂度,节省了电路的设计面积。实测结果表明,功放在两个频段内饱和输出功率分别为55.6 dBm和55.4 dBm,饱和漏极效率分别高于67%和66%。功率回退8 dB时,漏极效率分别为56%与53%。同时,在2.05 GHz附近的输出功率与漏极效率远低于两个工作频段,使功率放大器实现了较好的带间隔离性,满足了移动通信系统双频段工作的需求。     

一个8~18GHz的宽带高功率放大器

设计研制了一个8~18GHz的混合集成电路宽带高功率放大器。高功率放大器由基于GaAs MMIC工艺的4指微带兰格耦合器实现。为了减小电磁干扰,采用散热效果好的多层AlN材料作为功率放大器的载体。当输入功率为25dBm时,功率放大器输出连续波饱和功率在8–13 GHz 频率范围内大于39dBm,在其他频率范围内大于38.6dBm,在11.9GHz我们得到最大输出功率39.4dBm。在整个频带内,功率附加效率大于18%,当输入功率为18dBm时小信号增益为15.70.7 dB。高功率功率放大器尺寸为25mm*15mm*1.5mm.     

S波段150W GaN内匹配功率放大器

介绍了一种S波段150W GaN内匹配功率放大器。器件采用0.25μm工艺GaN HEMT管芯,内匹配技术对单胞放大器进行输入输出匹配,然后用Wilkinson功率分配器对四路单胞功率放大器进行功率合成。放大器频带范围2.7~3.5GHz。工作电压28V,占空比10%,脉宽0.1ms。单胞放大器输入功率37dBm,输出功率46.5dBm以上,功率附加效率大于50%;合成放大器输入功率43dBm,输出功率51.8dBm(150 W)以上,功率附加效率超过40%。     

一种偏置电流可调节的高效率2.4GHz锗硅功率放大器

基于IBM0.35μm SiGe BiCMOS工艺BiCMOS5PAe实现了一种偏置电流可调节的高效率2.4GHz锗硅功率放大器。该功率放大器采用两级单端结构和一种新型偏置电路,除射频扼流电感外,其它元件均片内集成。采用的新型偏置电路用于调节功率放大器的静态偏置电流,使功率放大器工作在高功率模式状态或低功率模式状态。在3.5V电源条件下,功率放大器在低功率模式下工作时,与工作在高功率模式下相比,其功率附加效率在输出0dBm时提高了56.7%,在输出20dBm时提高了19.2%。芯片的尺寸为1.32mm×1.37mm。     

基于变压器匹配的5G通信手机功率放大器设计

基于AWSC 2 μm的HBT工艺,设计了一种用于5G通信N77频段(3.3～4.2 GHz)的功率放大器。采用变压器匹配的方式,显著提高了功率放大器的增益、输出功率和功率附加效率,解决了放大电路级间匹配较难的问题。仿真和测试结果表明,在N77工作频段内,该功率放大器的增益为36～38 dBm,输出功率1 dB压缩点为37 dBm,输出功率1 dB压缩点处的功率附加效率为49.3 %,输出功率28.5 dBm处的功率附加效率为16.5 %、相邻频道泄漏比为-38.2 dBc。     

C波段60W GaAs大功率内匹配晶体管

报道了一种采用内匹配技术制作的GaAs大功率晶体管。通过管芯的结构设计和工艺优化,进行了GaAs微波大栅宽芯片的研制;通过内匹配技术对HPFET(high performance FET)管芯进行阻抗匹配,实现了器件的大功率输出;通过提高栅-漏击穿电压、降低饱和压降等手段提高器件的功率和附加效率。经测试,当器件Vds=10V时,在5.3~5.7GHz频段输出功率P0≥47.8dBm(60.3W),功率附加效率PAE≥42.8%,其中在5.5GHz频率点,输出功率达到48dBm(63.1W),附加效率为46.8%。     

基于GaN器件的连续型高效宽带功率放大器设计*

提出一种高效宽带功率放大器的设计方法,并基于GaN HEMT 器件CGH40010F 设计了验证电路。利用功放管输出寄生参数的等效网络,将基于连续型功放理论得到的负载阻抗转换到封装参考面上,并利用多谐波双向牵引技术对转换后的负载阻抗进行适当调整,使二次谐波负载阻抗位于高效率区以及基频负载阻抗能够获得高功率附加效率和高输出功率。谐波阻抗位于高效率区使得匹配网络的设计简化为基频匹配网络的设计,降低了对谐波阻抗匹配的难度和宽带匹配网络设计的复杂度。实验结果表明:在1GHz -3GHz 工作频带(相对带宽100%)内,功率附加效率在53%-64.6%之间,输出功率为39.5±2dBm,增益为11.5±2dB,二次谐波小于-15dBc,三次谐波小于-25dBc。     

用于IEEE 802.11 b/g/n WLAN的高线性度功率放大器

基于2μm的InGaP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺设计了一种可应用于IEEE802.11 b/g/n无线局域网(WLAN)的高线性度射频功率放大器.为了提高射频功率放大器的线性度,采用了负反馈镜像电路提供直流工作点,设计了良好的输入、输出和级间匹配电路来提高射频功率放大器的线性输出功率.流片结果表明,在工作电压为3.3V时,射频功率放大器的1 dB线性压缩输出功率(P1dB)可达27 dBm,当误差向量幅度(EVM)为3％时,2.4 GHz64 QAM激励下,输出功率可达19.8 dBm,满足标准规范要求.     

基于SiGe工艺的高增益射频功率放大器

基于0.13μm SiGe HBT工艺,设计应用于无线局域网(WLAN)802.11b/g频段范围内的高增益射频功率放大器.该功放工作在AB类,由三级放大电路级联构成,并带有温度补偿和线性化的偏置电路.仿真结果显示:功率增益高达30dB,1dB压缩点输出功率为24dBm,电路的S参数S11在1.5～4GHz大的频率范围内均小于-17dB,S21大于30dB,输出匹配S22小于-10dB,S12小于-90dB.最高效率可达42.7%,1dB压缩点效率为37%.