基于CMOS工艺的高线性度宽带放大器芯片设计

CMOS工艺具有显著的成本与集成优势,单片射频微波芯片成为当前研究的重点。本文设计了一种基于CMOS 0.18μm工艺的高线性度宽带放大器芯片,该放大器满足P波段、L波段及S波段射频综合(通信、雷达、电子战)系统应用。放大器芯片相对带宽达100%,整体性能良好,具有较高的增益,很高的线性度和饱和输出功率,良好的匹配特性,较低的噪声系数以及较好的反向隔离度。芯片具有较高的成本优势及实用价值,对于当前工艺节点有一定设计难度。本文分别对宽带放大器芯片中各个模块的设计进行了分析,并讨论了级间匹配及系统集成。通过芯片测试结果验证了理论分析的正确性及芯片的优越性。     

一种基于双级支线功分／功合网络的毫米波固态功率放大器

本文综合考虑影响合成效率的因素以及毫米波段的工艺精度，设计了一种改进型的双级支线功分／功合网络，改善了驻波比和幅相特性，保证了良好的合成效率．并在此基础上，研制了一种高性能的毫米波固态功率放大器，在38～40GH：的通带内，实现34．8dBm输出功率，55dB增益的良好电性能，具有结构简单、加工简易等特点.     

一种基于0.13 μm SiGe工艺的77 GHz功率放大器

提出了一种采用0.13 μm SiGe工艺制作的77 GHz功率放大器。该放大器采用两路合成结构提高输出功率,采用两级差分放大结构提高增益。功率级选择Cascode结构,提升功率级输出阻抗,便于匹配。驱动级选择共射极加中和电容的结构,便于提升增益。在输入端,通过两路耦合线巴伦结构进行功率分配,得到两对差分信号,经过两路放大之后再通过两路耦合线巴伦结构进行功率合成,最后输出信号,级间匹配采用变压器匹配。该功率放大器采用ADS软件仿真。结果表明,在77 GHz的工作频点处,小信号增益为19.6 dB,峰值功率附加效率为11%,饱和输出功率为18.5 dBm。     

一种Ka波段宽带功率合成放大器的设计

随着电子对抗等宽带微波系统的日益发展,毫米波宽带功率放大器需求也越加强烈。近年来随着空间功率合成技术研究的深入开展,基于波导内的空间合成技术在合成效率、相对带宽和实用化方面均展现了良好的特性,受到了广泛的关注。介绍了一种新颖的小型化空间功率合成器,基于波导内空间合成技术,采用非均匀对极鳍线的等分过渡方式,对BJ320波导进行分层结构设计并实现了一种Ka全频段功率放大器,在32 mm×30 mm×24 mm总体积内实现了4路合成,显示出了良好的工作性能。     

一种高线性宽带功率合成的射频功率放大器

针对5G通信微基站,提出一种基于GaAs异质结双极晶体管（HBT）工艺,芯片面积为1.3 mm×1.4 mm的高线性宽带宽的射频功率放大器。该放大器采用了异相功率合成方式和J类输出匹配的方法,在两路功率放大器的输入输出端引入了90°相移以及J类模式确定最佳负载阻抗,以此实现高线性宽带宽的特性。在5 V电源和2.85 V偏置电压下,室温条件下测试结果表明,该功率放大器在2～3 GHz频带内,小信号增益为36±0.5 dB。然而在2.4～2.8 GHz频带内,该功率合成结构的功率放大器拥有饱和输出功率大于36 dBm,功率附加效率大于38%。在5G-NR,带宽100 MHz和4G-LTE、带宽20 MHz的调制信号下,在2.4～2.8 GHz工作频带测试,放大器的输出功率为22 dBm,邻近信道功率比（ACPR）约为-43 dBc。     

一种L波段宽带功率放大器的设计

利用反馈法实现了L波段宽带功率放大器末级功率管的宽带化设计,采用小信号S参数法和负载牵引法分别对前级和末级功率管进行了匹配电路设计。通过ADS软件对整个功放电路进行了模拟和仿真并最终完成了L波段宽带功率放大器设计。实测结果表明,该功放的峰值发射功率大于50 W,占空比可达20%,相对带宽约为25%,满足系统指标要求。     

一种毫米波宽带大功率合成器

介绍一种基于波导微带探针过渡的毫米波功率分配／合成器,仿真结果显示在27．5GHz～37．5GHz的频带内,其回波损耗优于20dB,插入损耗优于0．2dB。该种功率分配／合成方案具有宽带宽、合成效率高、结构紧凑且散热良好的特性,在功率合成领域应用前景广阔。     

一种0.13 μm CMOS K波段宽带功率放大器

基于0.13 μm CMOS工艺,采用多频点叠加的方式,设计了一种K波段宽带功率放大器。输入级采用晶体管源极感性退化方式,实现了宽带输入匹配。驱动级采用自偏置共源共栅放大器,为电路提供了较高的增益。输出级采用共源极放大器,保证电路具有较高的输出功率。后仿真结果表明,在26 GHz处,该功率放大器的增益为22 dB,－3 dB带宽覆盖范围为22.5~30.5 GHz,输出功率1 dB压缩点为8.51 dBm,饱和输出功率为11.6 dBm,峰值附加功率效率为18.7%。     

一种V波段近距探测毫米波功率放大器设计

介绍了一种用于弹上近距探测系统,工作在非大气窗口波段的功率放大器,该功放基于MMIC实现电路设计,采用端口驻波较好的两路电桥,由多级级联实现功率合成,波导到微带采用两路微带探针经波导E面插入,完成波导立体传输线与微带集成传输线间的过渡转换,同时又实现同相宽带功率分配/合成。实际的测试表明,在工作带宽内,指标满足设计要求...     

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%。     

一种结构紧凑性能优良的微波功率合成系统

为了满足大功率微波系统的需求,本文提出了一种复合式功率合成系统的设计方法。基于此方法,利用CST2019软件设计了一款16路Ku波段功率合成系统。该合成系统的尺寸为48 mm×214 mm×18 mm。测试结果显示从14.5 GHz到17.5 GHz范围内,其无源合成效率可达90%以上。该合成系统由矩形波导合成系统和波导同轴型合成系统构成,具有双层支路,结构紧凑,呈准平面,非常有利于散热装置的安装。     

一款用于77/79 GHz汽车雷达的宽带功率放大器

采用55 nm CMOS工艺设计并实现了一款用于77/79 GHz汽车雷达的宽带功率放大器。设计了一个大尺寸的W波段功率单元,优化功率单元内部结构及外部无源器件连接方法,减少了功率单元的寄生电容、电感和电阻。采用一种将晶体管寄生电容考虑在内的变压器耦合谐振峰值控制技术,提高了功放的增益及带宽。在共源共栅结构基础上,采用了一种共栅短路技术,提升输出功率并改善功放稳定性。测试结果表明,该功率放大器具有良好的输入、输出匹配性能,3 dB带宽达到9 GHz,饱和输出功率达到15.5 dBm,峰值效率达到12.5%,实现了优异的FOM值。     

基于柔性基片集成波导技术的Ka波段功率放大器的设计和制作

设计、制作并测试了一个Ka波段八路合成宽带功率放大器.测试结果表明在26.5GHz上最大输出功率约为4.2W(连续波),在26.4GHz上最大合成效率约为72.5%,在25.1～28.4GHz范围内合成效率大于60%.这种功率放大器的基本组成单元是一对含对称尖劈过渡结构的柔性基片集成波导(FSIW).将一组该单元上的对称尖劈沿波导窄壁分别插入相应的输入和输出矩形金属波导,就可在波导内实现宽带、高效率的功率分配和功率合成.结果表明这项技术可方便地用于宽带毫米波固态功率放大器设计.     

一种模拟预失真技术的宽带功率放大器的研究

介绍了一种新的应用于WGDMA的射频高线性功放系统,采用模拟预失真技术,预失真信号由肖特基二极管的非线性产生,通过该预失真信号抵消主功放的互调成分(IMD),可以大幅度提高射频功率放大器的线性度.将此预失真器应用于WCDMA 16W射频系统中,可以使AGPR改善16dB左右.     

一种基于锥形微带线的宽带F 类功率放大器

提出了一种基于5G 频段的宽带高效率F 类功率放大器。分析表明锥形微带线可以有效解决矩形微带线对于带宽的限制问题, 同时将锥形微带线加入谐波控制网络, 可以实现在一定频率范围内将二次谐波阻抗匹配至短路点附近, 三次谐波阻抗匹配至开路点附近, 从而有效解决了F 类功率放大器带宽和效率的问题。使用锥形微带线制作的功放, 实测结果表明: 在2.7 ~3.8GHz 的频带范围内, 漏极效率达到63% ~78%, 平均输出功率达到10W以上, 大信号增益达到10dB 以上。在5G 无线通信中, 该功放可以有效地发挥其宽带高效率的特点。     

一种脉宽调制型功率放大器的研究及应用

基于PWM理论，设计了一种脉宽调制型功率放大器。该放大器采用典型的RC起振电路产生三角波，输入指令电压和三角波相比较后，生成PWM信号作为驱动／控制电路的输入信号，驱动／控制电路的输出信号用来控制四个功率MOS管的开启或关闭。这四个MOS管组成一个H功率全桥。该放大器具有输出电流大、输出效率高、抗干扰能力强等特点。以对电机的驱动和控制为例，简单介绍了电路的实际应用。     

一种基于CMOS工艺2.4 GHz功率放大器的设计

基于SMIC 0.18μm RF CMOS工艺,采用双负反馈结构设计了一款2.4 GHz的功率放大器。该功率放大器由驱动级和功率输出级2级组成,利用片上电感实现了级间的阻抗变换。仿真结果表明,电路在工作频率范围内,功率增益为24 d B,输出1 d B压缩点为23 d Bm,峰值功率附加效率为40%。     

一种基于LTCC技术的新型功率放大器研制

将低温共烧陶瓷(LTCC)技术引入功率放大器的设计中,充分利用LTCC优势,将有源器件、无源器件、电气布线、微波链路全部集成在LTCC的多层结构中,真正意义上实现了功放的小型化、一体化设计,极大地提高了功放的可靠性。测试结果表明,基于该技术的两路放大器合成效率可达80%。     

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%。