S波段GaN高效率內(nèi)匹配功率放大器設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、氮化鎵（GaN）作為新一代半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶、高電子遷移率、大飽和電子速度、高擊穿電場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，滿足高電壓、大電流、高功率密度的需求，非常適用于大功率和高效率微波功率放大器?，F(xiàn)今雷達(dá)通信系統(tǒng)對(duì)固態(tài)功率放大器功率和效率指標(biāo)要求越來越高，而內(nèi)匹配微波大功率器件，作為固態(tài)器件的一類，由于具有體積小、重量輕、研制難度和成本相對(duì)較低等方面的優(yōu)勢(shì)，在各類通信、雷達(dá)、導(dǎo)航市場(chǎng)中非常受歡迎。因此，以GaN為基礎(chǔ)的微波內(nèi)匹配功率器件成為近幾年研究的熱點(diǎn)

2、。諧波控制，近年來作為一種有效提升微波功率放大器效率的技術(shù)，常常見于微波單片集成電路（MMIC）和微波混合集成電路（MHIC）中。而內(nèi)匹配器件由于空間限制，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的諧波控制單元很難在內(nèi)匹配環(huán)境下集成。因此，本論文對(duì)諧波控制類功率放大器的工作原理和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了討論，根據(jù)GaN HEMT的性能特點(diǎn)，探索諧波控制方法應(yīng)用在GaN內(nèi)匹配功率放大器上。開展的工作和創(chuàng)新主要如下：
　　基于國(guó)產(chǎn)GaN HEMT大柵寬器件，功放采取兩路信號(hào)形

3、式的結(jié)構(gòu)。在晶體管輸入端，根據(jù)實(shí)際空間大小和功放結(jié)構(gòu)，結(jié)合并聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò)和串聯(lián)R-C網(wǎng)絡(luò)兩者在不同頻帶上提高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)全頻帶穩(wěn)定和消除奇模振蕩隱患的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。通過帶有阻抗變換功能的功分器，減小匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換比。匹配網(wǎng)絡(luò)采用高介電常數(shù)基板實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容，鍵合金絲實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電感，結(jié)合諧波控制理論，利用二次諧波負(fù)載牽引系統(tǒng)指導(dǎo)其設(shè)計(jì)，使其滿足高效率工作條件。并且通過分析時(shí)域電壓和電流波形，從波形工程的角度驗(yàn)證諧波控制方法設(shè)計(jì)高效

4、率功放的有效性。最終，設(shè)計(jì)并制作出一款S波段GaN內(nèi)匹配功率放大器。
　　在偏置點(diǎn)VGS=-2.8 V，VDS=28V，仿真結(jié)果顯示，在2.7~3.5GHz頻帶內(nèi)，輸入功率 Pin=37dBm時(shí)，輸出功率 Pout>47dBm，增益 Gain>10dB，功率附加效率PAE>68％。對(duì)功放進(jìn)行實(shí)測(cè)，在3.1GHz處，小信號(hào)增益為9.1dB，當(dāng)Pin=44dBm， Pout=47.4dBm，Gain=3.4dB，漏極效率DE=44.6