宽带射频功放晶体管非线性输出电容研究

分析了GaN(氮化镓)HEMT(高电子迁移率晶体管)非线性输出电容Cout与宽带功放效率的关系。通过建立非线性电路模型分析得出,利用Cout控制漏极端电压电流波形能减轻对谐波阻抗的精确要求,使高效率阻抗区域扩大化,从而使宽带功放匹配变为可能。选用GaN HEMT器件设计2~3 GHz频段射频功率放大器,实测结果为该放大器最高漏极效率(DE)为81.7%,功率附加效率(PAE)78.3%,功率为40.75 dBm。在1 GHz带宽内PAE也可达65%以上。实测结果验证了原理分析的可靠性,提出的方法不仅可用于宽带GaN功率放大器设计,对其他类型的微波功放设计同样有借鉴作用。     

2 GHz～6 GHz宽带功率放大器的研究

着眼小型化、大功率,对宽禁带半导体中的GaN功率器件的宽带内匹配技术进行了研究.基于国产的GaN功率器件,采用切比雪夫宽带匹配理论,研制了一款工作频率覆盖2 GHz～6 GHz的宽带功率放大器,在设计过程中重点关注了功率放大器在各种工作条件下的稳定性.测试结果表明在漏源电压为36 V,连续波条件下,在2 GHz～6 G...     

2~4 GHz宽带高效率功放的设计

针对宽带高效率功放的设计要求,基于宽带匹配网络设计了一款GaN宽带高效率功率放大器,其工作频率覆盖整个S波段。仿真结果显示,该功放在整个S频段内漏极效率(DE)大于62%,功率附加效率(PAE)大于57%,增益大于10.6 dB。实测结果表明,该功放在整个频段内DE大于54%,PAE大于48%,增益大于9 dB,增益平坦度在1 dB以内,实现了S波段高效率宽带功率放大器的设计。     

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。     

基于EFJ模式的宽带高效率Doherty功率放大器设计

将EFJ模式功率放大器应用于Doherty功率放大器的载波功率放大器,利用EFJ类功率放大器的阻抗特性改善了Doherty功率放大器的带宽。此外,还引入后谐波控制网络来提高Doherty功率放大器的效率。功放的输入匹配电路采用阶跃式阻抗匹配来进一步拓展工作带宽。使用CGH40010F GaN 晶体管设计并加工完成了一款宽带高效率Doherty功率放大器。测试结果显示,在3.2~3.7GHz 频段内,饱和输出功率达到43dBm,饱和漏极效率60%~72.5%,增益大于10dB。功率回退6dB时,漏极效率40%~48.5%。     

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%。     

0.3～2.0 GHz 100 W GaN超宽带功率放大器北大核心CSCD

基于南京电子器件研究所0.25μm GaN HEMT工艺平台,设计了一款0.3~2.0GHz 100 W GaN超宽带功率放大器。GaN HEMT器件的射频参数由负载牵引系统测定,包括最大功率匹配阻抗和最大效率匹配阻抗。放大器用同轴巴伦结构实现超宽带匹配,用高介电常数介质板材制作匹配电路,实现放大器的小型化。放大器偏置电压28V,偏置电流0.5A。测试结果显示,在0.3~2GHz带宽内,放大器小信号增益平坦度小于±1.3dB。典型输出功率大于100 W,最小输出功率90 W,饱和功率增益大于9dB,功率平坦度小于±1.2dB,漏极效率大于50%。     

基于GaN HEMT的X波段连续波内匹配功率管设计

采用内匹配技术,使用两枚GaN HEMT 晶体管,在X 波段8.0~8.5 GHz 频段内,设计并实现了一种高可靠性、高功率附加效率的功率放大器。基于南京电子器件研究所提供的晶体管及负载牵引数据,并结合“L-C-L”匹配网络以及威尔金森功率分配/ 合成器,对晶体管的输入和输出阻抗进行了相应匹配,使得其端口阻抗均为50 Ω。最终通过两胞合成的方式实现了在目标频段内,栅电压-2.2 V、漏电压24 V,连续波工作状态下,所设计功率放大器输出功率高于20 W、功率增益大于10 dB、功率的附加效率大于49.7%。其中,在8.1~8.4 GHz,该功率放大器功率附加效率超过52%,优于我国现有相近频段内匹配功率放大器的功率附加效率,并通过实验验证了该设计方案的可靠性。     

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%.     

宽带GaN单片功率放大器研究

基于GaN HEMT器件在微波功率方面的优越性能,设计并实现了宽带GaN单片功率放大器.简述了AlGaN/GaN异质结构的优势以及现状,同时结合热分析的方法给出了所选GaN HEMT器件的基本尺寸和性能,并采用ICCAP提取了合适的大信号模型,通过器件性能优选拓扑结构,最终运用宽带匹配的方法并结合较先进的仿真软件设计了一款GaN宽带单片功率放大器.测试结果表明,单片放大器脉冲工作方式下在2～7 GHz频带内,小信号增益G＞18 dB,输入回损＜-10 dB,脉冲饱和输出功率Po＞5 W,功率增益GP＞15 dB,典型功率附加效率25%(测试条件为脉宽100μs,占空比10%).GaN HEMT器件具有较高的功率密度和良好的宽带特点.