C波段160W连续波GaN HEMT内匹配功率器件研制

基于GaN功率器件工艺自主研发的大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,采用内匹配技术和宽带功率合成技术相结合的方法,研制出了一款C波段160 W连续波GaN HEMT内匹配功率器件。通过优化管芯的结构,设计出了满足连续波使用要求的大功率GaN管芯,然后进行了内匹配器件的设计,在设计中首先采用负载牵引法进行了器件参数提取,并以此为基础设计了阻抗变换网络进行阻抗变换和功率合成。研制出了工作频率为4.4~5.0 GHz、工作电压32 V、连续波输出功率大于160 W、功率附加效率大于50%、功率增益大于12 dB的GaN HEMT内匹配功率管,具有广阔的工程应用前景。     

Ku波段60W AlGaN/GaN功率管

针对Ku波段60W氮化镓内匹配功率管,开展了内匹配电路的设计、合成以及内匹配电路的测试等研究工作,实现了GaN功率HEMT在Ku波段60W输出功率的内匹配电路,并使整个电路的输入、输出电路阻抗提升至50Ω。该功率管采用南京电子器件研究所研制的两个10.8mm栅宽管芯进行合成,最终研制的GaN Ku波段内匹配功率管在28V漏电压、1ms周期、10%占空比及14.0~14.5GHz频带内输出功率大于60W,最高功率输出66W,带内功率增益大于6dB,最大功率附加效率33.1%,充分显示了GaN功率器件在Ku波段应用的性能优势。     

X波段连续波150W内匹配功率放大器

本文介绍了一款基于0.25μm GaN HEMT工艺实现的X波段连续波高功率载片式功率放大器.该模块采用GaN HEMT管芯内匹配合成技术,电路包含有四个12 mm栅宽的GaN HEMT管芯和制作在Al2O3陶瓷基片上的输入输出匹配电路.模块采用尺寸为20 mm×15 mm×1.5 mm的无氧铜载片实现.测试表明,模块...     

X波段400 W GaN内匹配功率管北大核心CSCD

报道了X波段脉冲输出功率超过400 W的GaN HEMT内匹配功率管。该器件内部包含了4只14.4mm栅宽GaN HEMT管芯。输入输出同时采用了一级L-C阻抗变换和两级微带阻抗变换器。该器件在9.0~10.0GHz频带内,在漏极电压为50V、脉冲宽度100μs、占空比10%测试条件下,输出功率达到了400 W以上,功率增益大于9dB,附加效率高于37.7%,带内峰值输出功率450 W。     

基于GaN HEMT的S波段小型化内匹配功率管设计

采用总栅宽36 mm的0.5 um工艺GaN HEMT功率管芯,通过合理选择目标阻抗、优化匹配网络,设计了一款包含扼流电路的S波段小型化内匹配功率管.在+48 V、-3.1 V工作电压下,2.7～3.4 GHz内,功率管输出功率≥250 W,功率增益≥12 dB,功率附加效率≥60％,尺寸仅为15 mm×6.6 mm×...     

S波段GaAs高效率线性内匹配HFET研制

介绍了一种基于GaAs HFET结构的S波段内匹配器件的设计方法。由于大栅宽器件模型难以准确确定,提取了具有相似结构的小栅宽器件模型。在ADS设计环境中,利用Load-Pull算法推算出大栅宽器件的管芯阻抗。器件采用两个栅宽为16mm的管芯进行功率合成。对于匹配电路的设计,首先通过一级LC低通滤波网络进行阻抗变换,将每个管芯的阻抗提升到10Ω左右,再通过Wilkinson功分器将阻抗变换到50Ω。电容和功分器采用瓷片加工,电感则通过金丝实现。研制成功的内匹配功率管,其工作频率为2.2～2.5GHz,输出功率P1dB大于20W,功率增益G1dB大于14dB,功率附加效率大于48%。     

基于GaN HEMT的L波段600 W内匹配功率管设计

采用两只总栅宽100 mm的0.5μm工艺GaN HEMT功率管芯,通过合理选择目标阻抗、合理设计输出匹配网络,实现了一款输出功率达到600 W的L波段内匹配功率管.在+36 V、-2 V工作电压下,1.14～1.26 GHz内,功率管输出功率≥600 W,功率增益≥12 dB,功率附加效率≥55％,体积仅为33 mm...     

Ku波段20W AlGaN/GaN功率管内匹配技术研究

文章的主要目的是研究第三代半导体AlGaN/GaN功率管内匹配问题。以设计Ku波段20WGaN器件为例,研究了内匹配电路的设计、合成以及内匹配电路的测试,实现了GaN功率HEMT在Ku波段20W连续波输出功率的内匹配电路,并使整个电路的输入、输出电路阻抗提升至50Ω。最终所研制的AlGaN/GaNKu波段内匹配功率管在11.8GHz～12.2GHz频带内,输出功率大于20W。在12GHz功率增益大于5dB,功率附加效率29.07%,是目前国内关于GaN功率器件在Ku波段连续波输出的最高报道。     

C波段大功率GaN HEMT内匹配器件

基于GaN微波功率器件工艺制作了大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,通过负载牵引及建模技术提取了管芯的输入阻抗、输出阻抗.采用二项式多节阻抗匹配变换器实现了宽带功率分配器及合成器电路的制作,通过采用LC网络提升了管芯输入阻抗、输出阻抗,加入了稳定网络,实现了50 Ω阻抗匹配.采用高热导率金属陶瓷外壳,提高了器件散热能力.最终研制成功大功率GaN HEMT内匹配器件,器件采用四胞管芯功率合成技术,总栅宽为40 mm.测试结果表明,频率为4.5～4.8 GHz,脉宽300μs,占空比10％,工作电压VDSs为28 V,器件的输出功率大于120 W,功率附加效率大于50％,功率增益大于11 dB.     

2～4 GHz连续波120 W GaN内匹配功率器件

基于自主研制的0.25 μm高压大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT),采用LC低通谐振匹配技术和宽带功率合成技术,利用大栅宽HEMT有源模型以及键合线、电容和管壳等无源模型进行一体化仿真,匹配电路采用LC匹配网络和λ/4微带线将HEMT阻抗提高至50 Ω,最终实现了连续波120 W宽带GaN功率器件.测试结果表明,该器件在36 V漏极工作电压和-2.0V栅极工作电压下,2～4 GHz频带内连续波输出功率大于120 W,功率附加效率大于46％,功率增益大于9.5 dB,二次谐波抑制度大于20 dBc,杂波抑制度大于70 dBc.     

X波段GaN HEMT内匹配器件

自主研制的GaN HEMT,栅源泄漏电流从1E-4A量级减小到了1E-6A量级,有效提高了栅漏击穿电压,改善了器件工作特性. 采用MIS结构制作了2.5mm栅宽GaN HEMT,测试频率为8GHz,漏源电压为33V时,器件连续波输出功率为18.2W,功率增益为7.6dB,峰值功率附加效率为43.0%. 2.5mm×4 GaN HEMT内匹配器件,测试频率8GHz,连续波输出功率64.5W,功率增益7.2dB,功率附加效率39%.     

S波段大功率、高效率GaN HEMT器件研究

基于国产的SiC衬底GaN外延材料,研制出大栅宽GaN HEMT单胞管芯。通过使用源牵引和负载牵引技术仿真出所设计模型器件的输入输出阻抗,推导出本器件所用管芯的输入输出阻抗。使用多节λ/4阻抗变换线设计了宽带Wilkinson功率分配/合成器,对原理图进行仿真,优化匹配网络的S参数,对生成版图进行电磁场仿真,通过LC T型网络提升管芯输入输出阻抗。采用内匹配技术,成功研制出铜-钼-铜结构热沉封装的四胞内匹配GaN HEMT。在频率为2.7～3.5 GHz、脉宽为3 ms、占空比为50%、栅源电压Vgs为-3 V和漏源电压Vds为28 V下测试器件,得到最大输出功率Pout大于100 W(50 dBm),PAE大于47%,功率增益大于13 dB。     

八胞合成X波段140W AlGaN/GaNHEMT的研究与应用

主要研究第三代半导体AlGaN/GaN功率管内匹配问题.采用8个2.5 mm GaN功率芯片设计、合成以及内匹配电路的测试,在漏极电压40 V,脉冲占空比10％,脉宽100μs的条件下进行功率匹配,实现了GaN功率HEMT在X波段8 GHz 140 W功率输出的内匹配电路,并使整个电路的输入、输出电路阻抗提升至50 Ω...     

X波段GaN HEMT内匹配器件

自主研制的GaN HEMT,栅源泄漏电流从10-4 A量级减小到了10 -6 A量级,有效提高了栅漏击穿电压,改善了器件工作特性.采用MIS结构制作了2.5mm栅宽GaN HEMT,测试频率为8GHz,漏源电压为33V时,器件连续波输出功率为18.2W,功率增益为7.6dB,峰值功率附加效率为43.0%.2.5mm×4 GaN HEMT内配配器件,测试频率8GHz,连续波输出功率64.5W,功率增益7.2dB,功率附加效率39%.     

S波段GaN高效率内匹配功率放大器的设计与实现

本文研究了一种S波段320W GaN内匹配功率放大器.该器件基于自主研发36V工作的GaN HEMT管芯.以负载牵引结果为出发点,运用电子仿真技术对管芯进行了基波匹配,并针对管芯二次谐波阻抗进行了匹配优化,最终用功率分配/合成器进行了四路功率合成.在工作电压36V,占空比20%,脉宽400μs测试条件下,3.0~3.5GHz频段内输出功率大于320W(55dBm),功率增益大于14dB,功率附加效率大于62%.     

星载高可靠性Ku波段GaN功率放大器芯片

基于星载高可靠性的应用背景，采用0.20μm GaN HEMT工艺研制了一款12 V工作电压的Ku频段功率放大器芯片。利用电热结合的分析方法，确定了管芯结构及工作电压。基于Load-pull测试获得GaN HEMT管芯的最佳输出功率和最佳效率阻抗，设计了一种带谐波匹配的高效率输出匹配电路，并通过引入有耗匹配，研制出了低压稳定的级间匹配电路。芯片面积为2.8 mm×2.6 mm，管芯漏极动态电压仿真峰值低于30 V，实测结温小于80℃，满足宇航Ⅰ级降额要求。功率放大器在17.5～18.0 GHz、漏压12 V（连续波）条件下，典型饱和输出功率2.5 W，附加效率38%，功率增益大于20 dB，线性增益大于27 dB，满足星载高效率要求。     

X波段60W高效率GaN HEMT功率MMIC

研制了一款采用0.25μm GaN功率MMIC工艺研制的X波段高效率功率放大器芯片。芯片采用三级放大拓扑结构设计。末级匹配电路采用电抗匹配方式兼顾输出功率和效率,同时优化驱动级和末级管芯栅宽比以及级间匹配电路,降低驱动级管芯电流。通过这两种技术途径有效提高芯片的功率附加效率。输入级和级间匹配电路采用有耗匹配方式,扩展工作带宽以及提高稳定性。芯片在8~12GHz频带范围内漏压28V,脉宽100μS,占空比10%工作条件下输出功率达到47.5~48.7dBm,功率增益大于20dB,功率附加效率40%~45%。芯片面积3.5mm×3.8mm,单位面积功率密度为5.57 W/mm2,连续波条件下热阻为1.7K/W。     

小型化L波段1 000 W GaN内匹配功率管研制

L波段功率单管有增大功率的需求,但会面临体积较大的问题。基于0.5μm工艺研发了GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)管芯,单芯功率达到300 W。通过负载牵引仿真提取模型的输入、输出最佳阻抗点。用高介电常数薄膜电路设计L-C网络,拉高芯片的输入输出阻抗,并抵消虚部。用微带电路设计两级阻抗变换的宽带功率分配器及合路器电路,进行四胞管芯合成。内置稳定电路、栅极和漏极供电偏置电路,实现高度集成化、小型化,以及50Ω输入输出阻抗匹配。芯片总栅宽4×40 mm,在漏压50 V、脉宽40μs、占空比4%的测试条件下,在0.96 GHz到1.225 GHz的宽带频段内,输出功率为60 dBm到61.2 dBm,效率为57.9%到72%,饱和功率增益大于14 dB。     

基于GaN HEMT的S波段大功率内匹配功放管设计

采用GaN HEMT功率芯片研制了一款应用在S波段的宽频段、大功率、高效率的功率放大器。通过load-pull技术牵引得出GaN管芯在此频段的输入阻抗和输出阻抗。在设计过程中,采用多节阻抗匹配变换器实现了宽带的功率分配和合成。此款内匹配功率管最终实现了如下性能指标:工作脉宽100μs,在400 MHz的工作带宽下脉冲输出功率大于800 W,漏极效率大于60%。     

一种RF-LDMOS内匹配电路设计方法

介绍了通过测试及ADS软件去嵌入得到RF-LDMOS管芯阻抗的方法,并通过测试结果验证其准确性。介绍了两种常用的内匹配电路形式及其特点,并采用其中一种通过ADS和HFSS两款仿真软件实现一款自主研发的45 mm栅宽RF-LDMOS内匹配电路,说明了内匹配电路设计的一般步骤以及MOS电容和键合线HFSS仿真实现。测试结果表明,该匹配电路实现了预期功能,在工作频带内得到了较为稳定的输入/输出阻抗,同时1 dB压缩点增益达到16.5 dB,功率达到48.9 dBm,器件每毫米栅宽功率密度达到1.7 W/mm。