S波段GaN基HEMT內(nèi)匹配平衡功率放大器研究.pdf

1、寬禁帶半導(dǎo)體GaN微波功率器件和電路具有的大電流密度、高功率密度、低噪聲及良好的頻率特性,決定了GaN器件和電路在相控陣?yán)走_(dá)等軍用和民用微波功率領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。隨著GaN HEMT器件材料、工藝以及結(jié)構(gòu)的發(fā)展,基于GaN HEMT器件的微波功率放大器逐漸進(jìn)入了大家的視野。本課題是“寬禁帶功率芯片寬適應(yīng)動(dòng)態(tài)匹配功率放大器”研究課題的一部分,目標(biāo)是研制高性能頻段在S波段的基于GaN HEMT器件的功率放大器并最終實(shí)現(xiàn)化。本文基于Nit

2、ronex公司生產(chǎn)的GaN HEMT管芯技術(shù),開展了S波段的HMIC內(nèi)匹配功率放大器的研制工作,取得以下有新意的工作:
　　 針對(duì)HEMT微波功率放大器的技術(shù)特點(diǎn),研究了電路拓?fù)渑c效率模式、大信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)、電路穩(wěn)定性等關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù),建立了較為完整的電路設(shè)計(jì)流程。重點(diǎn)研究了多級(jí)功率放大器級(jí)聯(lián)技術(shù)、功率合成技術(shù)和電路穩(wěn)定技術(shù):根據(jù)HEMT器件的阻抗特性,提出了兩級(jí)功率放大器新的級(jí)聯(lián)方式,即將第一級(jí)功放輸出阻抗和第二級(jí)功放輸入阻抗匹配

3、至30歐姆(該值接近與第一功放輸出阻抗),以減小匹配電路尺寸:研究了Lang耦合器和Wilkinson功分器在功率合成中應(yīng)用,對(duì)比了它們?cè)谛阅芊矫娴膬?yōu)缺點(diǎn)；提出了提高電路穩(wěn)定性的一種方法,即在輸入級(jí)的柵極偏壓支路中采用LCR復(fù)合有耗并聯(lián)支路,使帶外低頻段信號(hào)的能量損耗,防止了低頻振蕩,提高了穩(wěn)定性。
　　 成功研制了S波段Lange合成平衡功率放大器:制作了一個(gè)基于Nitronex GaNHEMT器件的內(nèi)匹配電路,在偏置條件為V

4、gs=-1.75V、Vds=28V時(shí),小信號(hào)S參數(shù)試在2.7～3.5GHz范圍內(nèi),線性增益為21～22.5dB,輸入駐波比小于1.2,輸出駐波比小于1.8；在3.5GHz最大脈沖輸出功率為46dBm,最大PAE為33.2％。
　　 成功研制了S波段Wilkinson合成單級(jí)平衡功率放大器:在偏置條件為Vgs=-1.6V、Vds=28V時(shí),小信號(hào)S參數(shù)測試在2.7～3.5GHz范圍內(nèi),線性增益為9.6～12dB,輸入駐波比小于1.