基于实频技术的超宽带GaN功率放大器研究

针对Lange耦合器在超宽带功率放大器中的应用,设计了一款基于实频技术的超宽带GaN功率放大器.匹配网络采用微带结构,应用微波CAD软件对所设计的电路进行仿真和优化,工作带宽为2～4 GHz,放大器增益大于26 dB,增益平坦度±0.3 dB,输出功率达到40 dBm,PAE大于25％.使用相对介电常数为3.38、厚度为0.508mm的介质基板实现该放大器,可广泛应用于通信领域.     

一种W波段高输出功率放大器模块

提出了基于GaAs 微波单片集成(MMIC)的W波段高输出功率放大器模块。该模块包括MMIC功率放大器(PA)和波导-微带转换结构。采用功率合成技术和微带耦合电容,实现了低损耗匹配网络,提高了PA的增益和输出功率。采用阶梯匹配网络,拓宽了微带转换过渡的带宽。测试结果表明,在75~105 GHz频率范围内,波导-微带转换结构的插入损耗为0.9~1.7 dB,回波损耗小于11 dB; 在90 GHz频率时,PA的增益S21大于10 dB, 输入/输出反射系数S11/S22小于-10 dB,饱和输出功率为19 dBm。     

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。     

双波段射频功率放大器理论与设计

提出了一种新型的双频阻抗变换器结构,该阻抗变换器采用T 型与装型结构相结合的方式,经理论推导和仿真优化,设计的双频阻抗变换器可实现任意两个频率上的任意两个不同复数阻抗到实数阻抗的变换。采用双频偏置电路,实现了在两个工作频率下的扼流,最终设计了一款可同时应用于TD-LTE 和GSM 网络的双波段射频功率放大器。相比于其它的多模多频带功率放大器,该双频阻抗变换器理论推导过程简单,容易实现,并可实现68%以上的功率附加效率,同时具有高输出增益和高平坦度的特点,整体电路结构简单。     

一种用于MPM的新型增益均衡器设计

基于传输线理论和谐振腔理论,设计了一个用于微波功率模块(MPM)的2 GHz~6 GHz微带线增益均衡器。文中采用薄膜电阻加载微带谐振枝节作为基本单元,该结构能够克服传统增益均衡器的缺点,同时,通过ADS和HFSS的大量仿真实验,分析了不同因素对均衡器增益曲线的影响,最后,设计了一个四枝节增益均衡器。在设计过程中,通过改变枝节结构,使其达到MPM用增益均衡器的小型化要求。实验结果证明,均衡曲线和设计需求相当吻合。     

2.65GHz双级高效、高增益F类开关功率放大器设计

在F类功率放大器的基本工作原理和设计方法的基础上,采用开路枝节微带线匹配的方法实现了F类功率放大器所需要的谐波阻抗匹配,并采用GaN HEMT晶体管设计制作了应用于无线通讯领域的双级高效高增益F类功率放大器。在2.65 GHz工作频率,该功率放大器具有65.69%功率附加效率(PAE)、20 dB的功率增益和10 W输出功率。该功率放大器的实测结果与电路仿真结果相吻合,证明了使用该方法设计F类功率放大器的有效性。     

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。     

一种非均匀结构的分布式功率放大器的设计

宽带功率放大器的应用对于提升脉冲多普勒雷达等军用和民用系统的性能具有重要的意义。采用0.18 μm CMOS工艺,设计了一种非均匀结构的宽带分布式功率放大器。采用峰化电感以提高放大器的增益,在漏极人工传输线的输出端增加L型匹配网络,改善了放大器的阻抗匹配特性。仿真结果表明,该放大器在1.5～15 GHz频率范围内的增益为10.7 dB,带内增益平坦度为±1 dB;1 dB压缩点处的输出功率为6.3~9.8 dBm,PAE为6.8%~15%;饱和输出功率为9.4~12.3 dBm,对应的PAE达到14%~26.7%,表现出良好的综合性能。     

一种2~19 GHz分布式功率放大器

对T型匹配网络构成的人工传输线的阻抗匹配特性进行了讨论,在此基础上,采用0.18 μm CMOS工艺,设计了一种宽带分布式功率放大器。设计中,通过减小栅极人工传输线的吸收负载,在放大器输入端获得了良好的阻抗匹配;通过在放大器输出端增加1个L型阻抗匹配网络,实现了输出端阻抗匹配,同时有效提升了分布式放大器的增益和输出功率。仿真结果显示,该放大器3 dB带宽达到17 GHz,2～18 GHz频率范围内,增益为10.5 dB,带内增益平坦度为±0.5 dB,输出功率为4.9~9.85 dBm,PAE效率为5%~15.6%,表现出良好的综合性能。     

一种双波段可重构功率放大器仿真设计

可重构输入匹配采用一种基于L型的电路结构,通过一个单刀单掷开关电路使该结构接入一段微带线,实现不同工作频率下输入阻抗的自动补偿.输出匹配实现并发双频段工作,在早期三段式微带线的基础上重新进行公式推导,提出了更易实现的四段微带线串联结构.该功率放大器采用了可重构结构与并发双波段匹配网络结合的方式,因此只采用了一个开关.电...     

宽带小型化微带均衡器设计

功率放大模块在工作频带内存在增益波动的情况,目前较为理想的解决方案是在原传输网络中添加一个增益均衡网络,该均衡网络就是增益均衡器。文章针对2~6 GHz 功放模块增益波动较大的问题,设计和制造了一种采用微带电路的小型化均衡器,其工作频率为2~6 GHz,均衡量约为9 dB,输入输出驻波系数小于1.5,改善了功放模块输出功率不平坦的问题,对研发该类均衡器有一定的参考价值。文中简要介绍了传输线和增益均衡器的基本原理以及薄膜电路的相关设计,结合实际需求,确定目标曲线,设计增益均衡器的初始模型,再利用三维场仿真软件对增益均衡器进行仿真优化,研制出2~6 GHz 微带型增益均衡器。该增益均衡器实测结果与设计基本吻合,满足了小型化的设计要求。     

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%。     

基于新型输出结构的宽带高效率功率放大器

提出一种具有新型匹配网络的宽带高效率功率放大器,以及利用开路扇形微带线构成的紧凑型输出匹配网络,并给出了阻抗推导过程。该输出匹配网络在一定带宽条件下能满足晶体管的高效率所对应的阻抗设计空间要求。为了进一步拓展带宽,采用阶跃式阻抗匹配方法设计输入匹配网络。通过理论分析与仿真,最后设计并制作了一款频段为1~3.1 GHz的宽带高效率J类功率放大器。测试结果表明,在该频段内漏极效率为61.4%~70.2%,输出功率为39.3~41.7 dBm,增益为9.3~11.7 dB。     

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。     

A New Design of Doherty Amplifiers Using Defected Ground Structure

In this letter, a new Doherty power amplifier having the ideal harmonic termination condition that has been usually ignored is proposed. A defected ground structure (DGS) is adopted on the ground pattern of the output lambda/4 impedance inverter of the carrier amplifier and output offset transmission line of the peaking amplifier that are essential for proper load modulation operation of a conventional Doherty amplifier. As a result of the second and third harmonic termination, excellent improvement in power added efficiency (PAE), gain, maximum output power as well as linearity is obtained. The acquired improvements in gain, maximum output power (P_{1 dB}), PAE, and adjacent channel leakage ratio to wideband code division multiple access 2FA signal are 0.33 dB, 0.42 dB, 12.7%, and 5.1 dB, respectively. Moreover, physical length of microstrip line is shortened fairly by DGS, therefore the whole amplifier circuit size is considerably reduced     

一种Lx波段高功率放大器的设计与仿真

本文介绍了一种 Lx 波段高功率放大器的设计方法。利用 3dB 耦合器组成功率分配与合成网络，通过四路合成的方案实现了高功率输出，采用 ADS 软件对功率放大器进行仿真与优化。仿真与测试结果表明，在 Lx 频带内，输出功率大于 930W，效率大于 43%，增益平坦度小于 0.8dB，增益大于 15dB。     

108 GHz 功率放大器模块研制

介绍了105～108 GHz 频段功率放大器模块的设计和制作。模块由波导微带转换、功率芯片及芯片偏置电路组成。讨论了放大模块的设计及加工测试过程,并对模块中的关键技术波导-微带转换进行详细阐述。波导-微带转换采用E面微带探针激励完成。通过理论分析及仿真优化后设计出转换模型并制作出实物进行测试。单个转换在100～110GHz 频段内插入损耗小于0.6 dB,回波小于-10 dB。测试结果表明设计的波导-微带转换具有插入损耗小,工作频段宽的优点。采用此转换制作的功率放大模块在105～108GHz频段上增益大于13dB,输出功率大于200mW,达到预期设计指标。     

Ka全频段功率合成放大器的设计

采用基于波导-微带探针阵列的四路波导空间功率分配/ 合成结构,研制了一种Ka 全频段1 W 功率合成放大器。该模块中集成了驱动放大器以提高整个功放的增益。利用镜像原理,简化了具有对称性结构的波导-微带四探针功率分配/ 合成网络的仿真设计。在分析了屏蔽微带线相关寄生模式的基础上,合理设计腔体结构,保证了合成放大器在全频段内稳定工作。实测结果表明,在26.5 ~40 GHz 的Ka 全频段范围内,连续波饱和输出功率大于30.5 dBm,小信号增益大于40 dB。合成效率全频带内大于84%,36 GHz 以下频段高于88%。