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×...     

L波段高效率内匹配GaN HEMT

研究了一种基于国产SiC衬底的L波段GaN高效率内匹配器件。利用在片微波测试和直流测试相结合方法获得器件的小信号模型,外推得到大信号模型,并进行负载牵引方法验证。在此基础上设计两胞匹配电路,采用电感-电容匹配网络,器件阻抗提升到12Ω,利用改进型威尔金森功率分配器和功率合成器将阻抗由12Ω提升到50Ω,功率分配器和匹配电容使用高Q值陶瓷基片加工。研制的内匹配GaN HEMT器件在测试频率为1.20~1.32 GHz时,输出功率大于80 W,功率增益大于16.2 dB,最大功率附加效率达到72.1%。     

C波段连续波200 W GaN内匹配功率管设计与实现

研制了一款C波段连续波大功率GaN内匹配功率管.设计采用4个12 mm栅宽GaN高电子迁移率(HEMT)管芯合成输出,功率管总栅宽4mmx12mm.利用负载牵引(Load-pull)和大信号建模技术提取GaN管芯阻抗,根据管芯阻抗进行匹配电路设计.电路设计充分考虑合成损耗等因素的影响,研制的连续波GaN内匹配功率管在4...     

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。     

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。     

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。     

L波段GaN HEMT器件的研制

基于标准工艺自主研制了L波段0.5μm栅长的GaN HEMT器件。该器件采用了利用MOCVD技术在3英寸(1英寸=2.54 cm)SiC衬底上生长的AlGaN/GaN异质结外延材料,通过欧姆接触工艺的改进将欧姆接触电阻值控制在了0.4Ω·mm以内,采用场板技术提高了器件击穿电压,采用高选择比的刻蚀工艺得到了一定倾角的通孔,提高了器件的散热能力及增益。结果表明,采用该技术研制的两胞内匹配GaN HEMT器件在工作频率1.5~1.6 GHz下,实现了输出功率大于66 W、功率增益大于15.2 dB、功率附加效率大于62.2%。     

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%。     

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。     

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。     

基于大信号模型的L波段400W高效GaN功率放大器设计

文章阐述了用精确的GaN Angelov模型设计了一款L波段400W内匹配率放大器.选用SiC衬底的GaN器件是为了获得大功率输出以及高效率性能.为了精确设计放大器,采用脉冲I-V测试和多偏置的S参数测试建立起高压GaN大信号模型.采用模型设计的GaN放大器输入输出电路集成在17.4mm×24mm的封装管壳里.最终采用单枚55mm栅宽GaN管芯设计的放大器在48V漏压,100μs脉宽,10%占空比偏置下在1.2~1.4GHz输出功率大于400W,功率增益大于15dB,最高功率附加效率达到81.3%,这是国内L波段400W微波功率放大器的最高效率报道,验证了模型的准确度,实现了极好的电路性能.     

L波段350W AlGaN/GaN HEMT器件研制

基于高纯半绝缘碳化硅衬底,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺生长了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料.室温下霍尔测试结果表明,外延层二维电子气迁移率为1 950cm2/ (V·s),方块电阻为350 Ω,电阻均匀性为3％.通过优化工艺降低了欧姆接触电阻,提高了器件工作效率.采用源场板结合栅场板的双场板技术和增大源漏间距,提高了器件击穿电压.优化了背面减薄和背面通孔技术,提高了器件散热能力.采用阻抗匹配技术提升了芯片阻抗.最终采用预匹配技术和金属陶瓷封装技术成功制作50 mm栅宽的AlGaN/GaNHEMT器件.直流测试结果表明,器件击穿电压高达175 V.微波测试结果表明,在50 V工作电压、1.3 GHz下,器件输出功率达350 W,功率附加效率达81％,功率增益大于13 dB.     

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.     

S波段280W GaN内匹配功率管的设计与实现

本文实现了一种基于自主50V工作GaN HEMT工艺的S波段内匹配功率管。以S参数和负载牵引结果进行内匹配电路设计,采取两管芯并联的方式实现大功率输出。应用微波仿真软件ADS对其进行优化,得到良好仿真结果并给出最终测试数据。在48V漏电压、1 ms周期、10%占空比测试条件下,3.1~3.4GHz频率范围内,输出功率超过54.5dBm,功率增益大于13.5dB,功率附加效率超过50%。     

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%.     

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%.     

C波段75W GaN HEMT高效率功率放大器MMIC

报道了一款基于0.25μm GaN HEMT工艺的C波段75 W高效率功率放大器MMIC。为提高功率增益,芯片的整体拓扑结构设计为三级。在末级输出匹配电路上设计了一个高效电抗式匹配拓扑,在末级管芯输入匹配电路上运用了谐波控制技术,同时利用GaN HEMT器件大信号模型来优化驱动比,通过这三种技术途径有效提高了芯片的附加效率。为扩展工作带宽及提高稳定性,其他匹配电路采用有耗匹配方式。在漏压28 V、脉宽100μs、占空比10%的工作条件下,芯片在4.8～6.0 GHz频带范围内,典型输出功率达到75 W(最高81 W),增益大于25.5dB,附加效率大于51%(最高55%),芯片面积为3.8 mm×5.5 mm。     

基于GaN HEMT的S波段内匹配功率放大器设计

采用内匹配技术和平面功率合成相结合的设计方法,设计并实现了一款S波段功率放大器。在设计过程中,先通过预匹配电路将功率芯片的阻抗适当提高,进而利用Wilkinson功分器进行功率合成。该放大器基于中国电子科技集团公司第十三研究所自主研制的GaN HEMT管芯芯片。通过优化设计该放大器在25%的相对带宽、漏源电压28 V、脉宽8 ms和占空比50%的工作条件下,实现了输出峰值功率P out大于70 W,功率附加效率ηPAE大于54%,充分显示了GaN功率器件宽带、高效和高功率的工作性能,具有广阔的工程应用前景。     

基于AlGaN/GaN HEMT的X波段内匹配功率合成放大器的设计

利用内匹配和功率合成技术设计了X波段AlGaN/GaN HEMT功率合成放大器.电路包含有四个AlGaN/GaN HEMT和制作在Al2O3陶瓷基片上的输入输出匹配电路.在偏置条件VDS=30 V,IDS=700 mA时8 GHz测出连续波饱和输出功率达到Pat=40 dBm(10 W),最大PAE=37.44%,线性增益9 dB.     

X波段30W内匹配GaN HEMT功率器件

采用自主研发的SiC衬底GaN HEMT外延材料,研制了总栅宽为2mmGaN HEMT,利用负载牵引系统测试器件的阻抗特性,得出该器件源漏阻抗实部分别为6Ω和22Ω;设计并制作了四管芯合成器件的阻抗匹配网络,在频率为8GHz下测试,饱和输出功率为30W,功率增益在6dB以上,功率附加效率为38%,该结果目前在国内为首次报道。