Ku波段基于GaN HMET Doherty功率放大器的研究.pdf

1、本文研究了一款應(yīng)用于衛(wèi)星通信的Ku波段Doherty功率放大器。功率放大器功耗在整個衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所占比例很大,并且在大信號工作下呈非線性特性,因此,提高功率放大器的效率和改善其線性度一直都是功率放大器設(shè)計人員的永恒的課題。Doherty功率放大器采用功率回退來達(dá)到線性度的要求,但是在功率回退的過程中,功放效率減少的不是很大,從而在保證線性度的同時達(dá)到了較高的效率。
　　論文首先對Doherty功率放大器的設(shè)計方法,衛(wèi)星通信頻段,

2、第三代半導(dǎo)體材料GaN進(jìn)行了調(diào)研,歸納總結(jié)了國內(nèi)外Doherty功率放大器的發(fā)展現(xiàn)狀。其次介紹了功率放大器的工作狀態(tài)分類和主要性能指標(biāo)。其次對設(shè)計中所用有源器件TriQuint公司生產(chǎn)的0.25m TGF2023-02 GaN HEMT功放裸管進(jìn)行等效電路模型參數(shù)提取,并對所建立的模型進(jìn)行負(fù)載牽引仿真(loadpull),得出最優(yōu)負(fù)載阻抗,通過與管子datasheet提供的最優(yōu)負(fù)載阻抗進(jìn)行比對發(fā)現(xiàn)兩者較為一致,驗證了模型的準(zhǔn)確性。然后對

3、設(shè)計中用于連接晶體管管芯的鍵合線和用于連接鍵合線的部分微帶線在HFSS軟件中進(jìn)行了電磁場仿真和優(yōu)化,得到了鍵合線和部分微帶線準(zhǔn)確的無源元件模型仿真數(shù)據(jù),其為后面設(shè)計準(zhǔn)確穩(wěn)定的匹配電路提供了很大的方便。
　　在以上基礎(chǔ)上設(shè)計了兩款基于GaN HEMT的工作頻率都為14~14.5GHz的功率放大器,一個采用Doherty結(jié)構(gòu),另一個采用平衡式結(jié)構(gòu),并對Doherty和平衡式結(jié)構(gòu)的兩種功率放大器的仿真結(jié)果進(jìn)行了對比和分析。
　　論

4、文主要使用ADS軟件和HFSS軟件仿真設(shè)計了14~14.5GHz的Doherty功率放大器,該功率放大器的整個電路采用兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu),前級為驅(qū)動級,后級為功率級,功率級采用Doherty結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對原理圖和版圖的仿真和優(yōu)化,14~14.5GHz的Doherty功率放大器的小信號增益高于19dB,輸入/輸出駐波比小于1.3。在大信號情形下,輸出功率大于12W,功率增益大于15dB,功率附加效率(PAE)高于45％,在功率回退6dB的情況下,

5、該Doherty功率放大器的PAE依然可以達(dá)到38%。同樣工作頻帶的平衡式功率放大器在大信號工作模式下,飽和狀態(tài)時的PAE近42%,但功率回退6dB后,PAE降為25.5%。在Ku波段這樣的高頻段,本文設(shè)計的 Doherty功率放大器的PAE比平衡式高出12.5個百分點(diǎn),顯示出了本設(shè)計的Doherty功率放大器優(yōu)越的性能。仿真結(jié)果表明,設(shè)計的Dohery功率放大器實現(xiàn)了預(yù)期的指標(biāo)。
　　在加工測試時,論文先將整個Doherty功率

6、放大器的功率級的主功率放大器加工成實物,并用Altium Designer軟件設(shè)計了加電順序保護(hù)電路,在實物測試時有效地保護(hù)了管子,最后基于主功放電路的尺寸,在確保不產(chǎn)生自諧振頻率的前提下用AutoCAD軟件設(shè)計了用于測試功率放大器,并起到電磁屏蔽和散熱效果的屏蔽盒,最后對整個主功放模塊進(jìn)行了測試,并對仿真和測試結(jié)果分析,整個Doherty功放電路可在分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,從而能夠確保后續(xù)加工出來的整個Doherty功率放大器