0.1～2.0 GHz 10W GaN单片行波放大器

报道了一款采用0.25μm GaN功率MMIC工艺研制的0.1~2.0 GHz超宽带功率放大器芯片。芯片采用非均匀分布式拓扑结构进行设计。在管芯栅极端设计稳定结构来提高电路的整体稳定性,在漏极端采用阻抗渐变的方式进行电路匹配,从而提高电路的效率。芯片漏压30 V、连续波条件下,在0.1~2.0 GHz频率范围内,线性增益大于18 d B,功率增益大于13 d B;在0.1~1.5 GHz频率范围内饱和输出功率大于10 W,功率附加效率大于55%,最高效率达到78%。芯片面积2.4 mm×1.9 mm。     

0.02～2 GHz GaN分布式功率放大器的原理及设计

作为一种宽带放大器的结构,分布式放大器结构能够实现高达多个倍频程的带宽,这种结构是由电感元件和晶体管的等效电容构成的栅极和漏极两条人工传输线组成的。随着第三代宽禁带半导体GaN的发展,将GaN技术应用在分布式放大器的设计中,能够得到较高的输出功率,实现宽带功率放大器的设计。介绍了一种采用4个GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)设计分布式功率放大器的原理和方法,实现了0.02～2GHz的带宽。仿真结果表明,带宽内小信号增益大于10dB,增益平坦度优于±0.5dB,饱和输出功率大于41dBm,PAE大于15%。     

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%.     

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。     

2～8GHz宽带GaN功率放大器MMIC

基于0.25μm Ga N HEMT工艺,研制了一款两级拓扑放大结构的2~8 GHz宽带功率放大器MMIC(单片微波集成电路)。MMIC所用Ga N HEMT器件结构经过优化,提高了放大器的可靠性和性能;电路采用多极点电抗匹配网络,扩展了放大器的带宽,减小了电路的损耗。测试结果表明,在2~8 GHz测试频带内,在脉冲偏压28 V(脉宽1 ms,占空比30%)时,峰值输出功率大于30 W,功率附加效率大于25%,小信号增益大于24 d B,输入电压驻波比在2.8以下,在6 GHz处的峰值输出功率达到50 W,功率附加效率达到40%;在稳态偏压28 V时,连续波饱和输出功率大于20 W,功率附加效率大于20%。尺寸为4.0 mm×5.0 mm。     

0.4~2.2 GHz连续F类功率放大器设计

连续F类功放(PA)通过引入修正因子,减轻功放对基波和二次谐波阻抗的要求,从而扩展F类功放的带宽。本文在连续F类功放基础上,提出一种新型修正型连续F类工作模式。通过引入电阻性二次和三次谐波阻抗进一步扩展连续F类功放的设计空间,使其可实现多个倍频程带宽。基于此理论,采用负载牵引方法对基波和谐波进行最佳阻抗提取,结合实频技术设计功放匹配网络,实现了一款超宽带高效率功率放大器。该功放在0.4~2.2 GHz频段内,饱和输出功率为39.8~41.4 dBm,漏极效率在59%~79%之间,增益大于10 dB。仿真与测试结果良好,验证了该方法的正确性。     

基于GaN HEMT的0.8～4.2GHz超宽带功率放大器的设计

阐述了基于GaN HEMT的超宽带功率放大器的设计与实现方法。采用低通L-C匹配网络消除虚部阻抗,并利用多节λ/4阻抗变换器实现宽带实阻抗到目标阻抗50Ω的匹配。测试结果表明,功放在32V漏电压、1ms周期、10%占空比及0.8~4.2 GHz频带内输出功率大于47dBm(50.1 W),最高输出功率为48.9dBm(77.6 W),带内饱和功率增益大于9dB,最大漏极效率为64%。实验测试结果与设计仿真结果符合良好,从而验证了设计方法的正确性。     

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%。     

1～2GHz宽带GaN功率放大器的设计与实现

针对GaN HEMT的自身特性,采用电抗匹配放大器结构,基于ADS谐波平衡仿真软件,设计了一个1～2 GHz宽带功率放大器.设计采用Cree公司提供的CGH400系列GaNHEMT大信号模型,并用混合集成电路工艺实现了功率放大器.测试结果显示,功率放大器在1～2 GHz频带内,饱和输出功率大于40.2 dBm,小信号增益大于14 dB,最大PAE大于70％.     

基于GaN HEMT的155～172 GHz功率放大器设计

设计了一款G波段GaN HEMT功率放大器。放大器采用级联结构,在每级设计中均引入了并联反馈。放大器工作频段内的小信号增益大于25 dB,3 dB带宽为17 GHz。大信号测试结果显示,在155～172 GHz饱和输出功率为14～17 dBm;在165 GHz饱和输出功率密度为17 dBm,对应的功率密度为1.25 W/mm。该功率放大器直流损耗功率为1 060 mW,峰值功率附加效率为4.7%。     

一种2~20 GHz超宽带高效率功率放大器

基于0.25 μm GaAs pHEMT工艺,设计了一种2~20 GHz的超宽带高效率功率放大器。该功率放大器采用非均匀分布式结构,可以为各级晶体管提供最佳负载阻抗。引入了漏极并联电容,以平衡输入与输出传输线的相速度,提高了输出功率和效率。在栅极引入了RC并联电路,能提高输入传输线的截止频率,保证电路稳定。仿真结果表明,在2~20 GHz的频带范围内,该功率放大器的增益为(10.7±1.2) dB,输入回波损耗小于-10 dB,饱和输出功率为28.8~29.7 dBm,功率附加效率(PAE)为33%~47%。     

1.8 GHz CMOS高效率E类功率放大器

电子产品的低功耗设计已成为研究的热点,低功耗、高效率功率放大器已成为降低系统功耗的关键所在.E类功率放大器是一种开关模式的功率放大器,理论上可以达到100%的漏极效率,具有广泛的应用前景.论述了用标准CMOS工艺实现高效率E类功率放大器所面临的诸多挑战以及一些相应的解决措施,并以0.18μm CMOS工艺设计了包含驱动级的两级结构的E类功率放大器.Spectre仿真结果表明,所设计的功率放大器在 25.5 dBm的输出功率时,具有52.8%的功率附加效率.     

多倍频程GaN 分布式功率放大器的设计与实现

分布式放大器结构是一种能够实现极宽带宽的放大电路结构.不过由于晶体管自身功率密度的限制,分布式放大器大多用于小信号放大器的设计中.第3代宽禁带半导体GaN具有击穿场强高、输出功率密度大的优点,随着GaN晶体管的发展成熟,将其应用于分布式放大器结构中能够实现宽带功率放大器.本文采用4个GaNHEMT(高电子迁移率晶体管)分立器件进行分布式功率放大器设计,并以混合集成电路工艺加工,实现了0.3 ～2.5GHz的多倍频程宽带功率放大器.最终得到的测量结果显示,功率放大器在0.3 ～ 2.5GHz的频带内,饱和输出功率大于39dBm,线性增益大于8dB,最大PAE大于15％.     

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1.5～3.5GHz宽带平衡功率放大器设计

阐述了基于GaN HEMT的宽带平衡功率放大器的设计与实现方法:采用Lange耦合器构建平衡功率放大器结构,采用多节阻抗匹配技术设计输入/输出匹配网络,实现功放宽带特性(1.5～3.5GHz);采用与Si热膨胀系数接近的AlSiC散热载片,克服管芯与载片热稳定系数不同引起的热稳定问题,并采用脉冲工作模式进一步减小功放发热量.制作实际功放模块用于测试,在1.5～3.5GHz频带内,功放线性增益大于12dB,增益平坦度为±0.4dB,饱和输出功率大于8W,漏极效率为56%～65%.实验测试结果与设计仿真结果有较好一致性,验证了设计方法的正确性.     

9～15 GHz GaAs MMIC宽带高效率功率放大器

基于0.15μm栅长GaAs E-PHEMT工艺,设计了一款可应用于X波段和Ku波段的宽带高效率功率放大器.针对二次谐波会明显降低功率放大器效率的问题,采用四分之一波长微带线组成输出端偏置网络,将二次谐波短接到地,有效地提高了功率附加效率;通过分析匹配网络级数对宽带匹配的影响,输出匹配电路采用电容微带线组成的两级电抗网...     

C波段高效率小型化GaN 150W功率放大器载片设计

介绍了一种C波段高效率GaN功率放大器的设计流程。该功率放大器为满足小型化尺寸要求,采用高介电常数的钛酸锆陶瓷实现功分器匹配电路,通过无源集总元件(integrated passive device,IPD)技术,创新性地将栅极匹配电容和二次谐波匹配网络集成在同一芯片尺寸内,采用Lange电桥合成构成平衡结构的小型化功率放大器载片。整个功率放大器在15.0 mm×9.2 mm×2.0 mm的载体内实现。测试结果显示,在工作电压36 V、输入功率40 dBm、脉宽1 ms、占空比30%条件下,4.4 GHz~5.0 GHz频带内饱和输出功率在145~166 W,功率增益在10~10.6 dB,功率附加效率大于56%,最高功率附加效率达到59.3%。     

6～18 GHz宽带GaN功率放大器MMIC

报道了一款采用三级拓扑结构的6～18 GHz宽带单片微波功率放大器芯片.放大器采用了微带结构,并使用电抗匹配进行设计,减小输出匹配电路的损耗和提高效率.经匹配优化后放大器在6～18 GHz整个频带内脉冲输出功率大于6 W,小信号增益达到25 dB,在14 GHz频点处峰值输出功率达到10 w,对应的功率附加效率为21%...     

8.5GHz～10GHz GaAs准单片功率放大器

文章介绍了一种准单片形式的功率放大器,采用南京电子器件研究所研制的12mm栅宽的GaAs pHEMT功率管芯,设计了准单片电路形式的匹配电路,设计所得的功率放大器在8.5GHz~10GHz频带范围内,输出功率典型值为5W,功率增益大于6dB,相对带宽大于16%,典型功率附加效率为25%,输入电压驻波比小于2.5。