C波段內(nèi)匹配GaN高效率功率放大器設(shè)計(jì).pdf

1、微波功率放大器在雷達(dá)、通信、航空航天、導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。然而由于第一代和第二帶半導(dǎo)體自身特性的限制，他們并不能完全勝任這些用途。由于具有抗輻照，高擊穿電壓，高功率密度，高電子遷移率等優(yōu)點(diǎn)，GaN HEMT被認(rèn)為是最具前景的微波功率器件，在近年來受到廣泛關(guān)注。隨著GaN HEMT器件功率密度的增大，有源區(qū)大幅減小，使得封裝體積也變得很小。然而，過小的面積也帶來了散熱的難題，為了減小功率耗散，降低節(jié)溫，保證功放性能，同時也

2、為了延長電池和器件的使用壽命，提高微波功率放大器的效率就顯得十分重要。
　　基于西電自主研制的GaN HEMT器件，本文設(shè)計(jì)并制造了一款C波段內(nèi)匹配高效率功率放大器，在匹配電路中引入了二次諧波抑制模塊，同時獲得了大功率和高效率的優(yōu)良特性。在5.2GHz-5.8GHz的頻帶內(nèi)，該功放在脈沖條件下有著最高163W的輸出功率和68.4％的功率附加效率（PAE）。
　　本文介紹了GaN HEMT器件的制造工藝，對于制造完成的GaN

3、HEMT器件，使用Agilent B1500A系統(tǒng)測量得到其直流特性，通過微波探針系統(tǒng)測量得到其微波特性，與此同時，還介紹了微波電路設(shè)計(jì)中必不可缺的load-pull系統(tǒng)的基本原理。在比較了不同類型放大器的優(yōu)缺點(diǎn)之后，最終選擇了AB類作為本文設(shè)計(jì)功放的工作類型，同時加入二次諧波抑制電路，對二次諧波分量進(jìn)行抑制，從而獲得更高的效率。
　　基于改進(jìn)后的EEHEMT大信號模型，本文進(jìn)行了C波段內(nèi)匹配GaN高效功率放大器的設(shè)計(jì)工作。為了獲

4、得較高的功率，采用兩個并聯(lián)的12mm GaN HEMT器件作為功放的有源元件。為了降低大柵寬帶來的相位失衡，使用Wilkinson功率分配與合成器將信號分為四路進(jìn)行傳輸。通過ADS軟件對大信號模型進(jìn)行l(wèi)oad-pull與source-pull仿真測試，分別得到了基頻和二次諧波頻率下的最佳效率阻抗點(diǎn)?；诜抡鏈y量得到的最佳阻抗點(diǎn)，一方面通過匹配網(wǎng)絡(luò)，將基頻阻抗最終匹配到50Ω。同時引入諧波抑制模塊，對諧波進(jìn)行抑制，以減小其對輸出波形的影響

5、，增加功放的線性度，從而達(dá)到高效率。在完成原理圖后，繪制電路版圖，并利用高介陶瓷基板制造出電路模塊。
　　完成設(shè)計(jì)工作后，本文運(yùn)用內(nèi)匹配技術(shù)，對功放進(jìn)行了實(shí)際制造工作。首先將管芯和匹配電路模塊燒結(jié)在管殼內(nèi)，再通過鍵合金絲進(jìn)行各模塊間的鍵合。本文還設(shè)計(jì)制造了與該功放配套使用的微波測試夾具，在目標(biāo)頻段內(nèi)具良好的微波特性。根據(jù)初測的功率放大器參數(shù)，通過調(diào)整匹配電路，使其在5.2GHz—5.8GHz的工作頻段內(nèi)獲得良好小信號微波特性。最后