1～4GHz 80W GaN超宽带功率放大器

基于南京电子器件研究所0.25μmGaN HEMT工艺平台,设计了一款工作频率为1~4GHz,连续波输出功率大于80W的超宽带功率放大器.放大器采用低通L-C匹配网络实现管芯输入输出阻抗到实阻抗的变换;并利用切比雪夫变换器结构实现超宽带匹配;以单路输入输出端口匹配到100Ω后,两路直接电路合成到50Ω的方法实现了大功率超宽带功放的功率合成.放大器偏置电压32V,静态电流0.4A.测试结果显示,在1~4GHz带宽内,放大器连续波输出功率大于49.05dBm （80.3W）,最高输出功率为50.6dBm （114.8W）,饱和功率增益大于9dB,功率平坦度小于±0.8dB,最大漏极效率为62.5%.     

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。     

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%.     

0.2～2.0GHz100W超宽带GaN功率放大器

设计并实现了一款基于0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的100 W超宽带功率放大器。基于SiC无源工艺设计了集成无源器件(IPD)输入预匹配电路芯片;设计了基于陶瓷基片的T型集成输出预匹配电路;基于建立的传输线变压器(TLT)的精确模型,设计了宽带阻抗变换器,在超宽频带内将50Ω的端口阻抗变换至约12.5Ω,再通过多节微带电路与预匹配后的GaN HEMT芯片实现阻抗匹配。最终,以较小的电路尺寸实现了功率放大器的超宽带性能指标。测试结果表明,功率放大器在0.2～2.0 GHz频带内,在漏极电压36 V、输入功率9 W、连续波的工作条件下,输出功率大于103 W,漏极效率大于50%,输入电压驻波比(VSWR)≤2.5。     

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。     

基于变容管的0.5-1.2GHz宽带可调谐功率放大器设计

针对无线通信系统向多频、微型等方向发展的需求,基于负载牵引系统测试出的功率器件最大输出时的源阻抗和负载阻抗,采用基于变容管的频率调谐技术,输入输出匹配均采用可调谐匹配网络的形式,设计了一款在0.5-1.2GHz内可宽带调谐的功率放大器。测试结果表明,该功率放大器频率调谐比达82.3%,且在调谐频率范围内1dB压缩时的输出功率均大于32.1dBm,增益大于10.1dB,漏极效率大于38.4%。     

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%。     

高增益S波段小型化200 W功率模块研制技术

采用多级射频放大电路以及高压脉冲调制技术,实现了S波段高增益小型化200 W功率模块的研制。驱动放大电路采用GaAs功率单片进行功率合成;末级放大电路依托栅长(0.5 μm) GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)芯片,选取多子胞结构来改善热分布,通过内匹配技术设计完成了双胞总栅宽24 mm GaN芯片的匹配网络,并设计高压脉冲调制电路提供电源,成功研制出了小型化的S波段200 W内匹配GaN功率模块。测试得出该模块实现了在输入功率10 dBm,栅极电压-5 V,漏极电压32 V,TTL调制信号输入条件下,输出频率在3.1~3.5 GHz处,输出功率大于200 W,功率附加效率(PAE)大于55%。模块实际尺寸为2.4 mm×38 mm×5.5 mm。     

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%。     

14.5～15GHz11W内匹配功率器件

介绍了一种采用GaAs PHEMT管芯设计的超高频内匹配功率器件。为了在更高的频率获得较高的输出功率,采用0.25μm栅长的PHEMT工艺,制作了总栅宽19.2 mm的大功率管芯。采用频带较宽的微带渐变传输线和T型网络共同组成栅极和漏极的匹配电路,并对封装管壳进行优化,有效提高了器件的微波特性。在带内频率14.5～15 GHz、漏源电压Vds为8 V时,器件输出功率大于40.4 dBm(11 W),线性功率增益为7 dB,功率附加效率大于23%。     

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。     

基于场效应管阻抗参数测试的宽带功率放大器优化设计

设计了一个工作在800～1250MHz的宽带线性高功率放大器.用负载牵引方法测试了LDMOS场效应管宽带内的大信号阻抗参数,利用测得的阻抗参数优化设计了功放的匹配电路.实测功放的1dB压缩点输出功率大于44.5dBm,二次谐波小于-25dBc,输出功率为38.5dBm时双音测试三阶交调(IM3)优于-44dBc.     

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。     

X波段300 W GaN功率器件技术

介绍一种基于国产氮化镓(GaN)外延材料的X波段300 W GaN高效率内匹配器件技术。该技术采用大栅宽芯片的大信号有源模型和封装管壳、键合引线、电容等无源模型,开展X波段300 W内匹配功率器件的设计。采用四胞匹配合成电路,使用L-C网络提升器件阻抗,通过λ/4阻抗变换网络进行阻抗变换和功率合成,实现阻抗50 Ω匹配,功率分配器和匹配电容使用高Q值陶瓷基片实现。仿真实验证明,该器件在9.5~10.5 GHz频率内输出功率大于300 W,功率增益大于9 dB,功率附加效率大于38.9%。同时研究了器件输出功率和功率附加效率随工作电压、脉冲宽度、占空比变化情况。     

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。     

L至S波段高效率超宽带功率放大器设计

针对超宽带功率放大器(UWB PA)匹配电路的设计难点,提出一种结合连续型功放理论、多谐波双向牵引低损耗匹配(LLM)技术以及切比雪夫低通滤波器阻抗变换原理的超宽带功率放大器设计方法。并利用此方法设计一款基于CREE公司CGH40025F-Ga N HEMT,工作频带为400-3900MHz的超宽带功率放大器。实验结果表明:在输入功率为30d Bm(1W)时,增℃为12.25±0.75dB,输出功率大于41.5dBm(14.1W),功率附加效率(PAE)为41-65.1%,噪声系数(NF)控制在2.5dB以内,功率附加效率较同等带宽设备有近10%的提升。     

0.8-2GHz超宽带大功率放大器设计与研究

采用宽禁带半导体功率管进行超宽带大功率放大器设计。在仿真优化的基础上,进行了设计投产。经过调试,最终测试结果表明,在工作频率范围0.8-2GHz范围内,恒定输入功率41dBm的条件下,饱和输出功率大于100W,增益起伏±0.4dB,饱和漏极效率大于60%。文中最后对调试之后的匹配电路进行了后仿真,验证了匹配电路的有效性,并为小型化处理做了准备。     

13.7～14.5GHz内匹配型GaAs大功率器件

经过对器件结构、钝化等工艺的改进,成功研制出总栅宽为19.2mm的GaAs功率HFET.两管芯合成的内匹配器件,当Vds=9V,输入功率Pin=35dBm时,在f=13.7～14.5 GHz频段内,输出功率Po＞42dBm(15.8W),功率增益Gp＞7dB,功率附加效率PAE＞35%,两管芯合成效率大于90%,其中在14.3GHz频率点,输出功率达到42.54dBm(17.9W),增益7.54dB.     

高效率双频连续F类功率放大器的设计

为满足多标准和多频段无线通信的需求，针对特定频段如何提高效率问题，基于连续F类功放的谐波控制理论，提出了一种高达三次谐波控制的双频功放设计方法，实现了两个频段的高效率性能。首先，分析了电流源平面的各次谐波阻抗，基于连续F类阻抗设计空间的灵活性，设计的双频谐波控制网络将二次谐波控制在短路点附近，同时将三次谐波控制在开路点附近，可提高任意两个频段功放的效率。随后，针对传统耦合器基频匹配网络在多频匹配方面的不足，提出了改进的双频阻抗匹配网络，简化了匹配方法并实现了不同频点的最佳基波阻抗同时匹配到标准的50Ω。最后，使用Cree公司的CGH40010F GaN HEMT设计了一款工作在1.8和2.6 GHz的双频连续F类功率放大器，并进行测试，结果显示在1.8和2.6 GHz的饱和输出功率分别为40.6 dBm和39.5 dBm,最大功率附加效率分别为75.4%和74%,最大漏级效率均大于75%。测试结果表明，所提出的双频谐波控制网络设计方法在提高功放效率方面具有显著优势。     

13.7～14.5GHz内匹配型GaAs大功率器件

经过对器件结构、钝化等工艺的改进,成功研制出总栅宽为19.2mm的GaAs功率HFET.两管芯合成的内匹配器件,当Vds=9V,输入功率Pin=35dBm时,在f=13.7～14.5 GHz频段内,输出功率Po＞42dBm(15.8W),功率增益Gp＞7dB,功率附加效率PAE＞35%,两管芯合成效率大于90%,其中在14.3GHz频率点,输出功率达到42.54dBm(17.9W),增益7.54dB.