Ku波段氮化鎵功率放大器研究.pdf

1、隨著數(shù)據(jù)通信、無線通信以及航空航天系統(tǒng)的快速發(fā)展，高輸出功率射頻和微波功率放大器在許多應(yīng)用領(lǐng)域變得越來越重要，如相控陣?yán)走_(dá)、點對點無線通信和電子對抗系統(tǒng)等。隨著通信設(shè)備的微型化，對這些功率放大器的高功率、高效率、低成本和小尺寸也提出了新的要求。砷化鎵技術(shù)是目前用于實現(xiàn)高頻率功率放大器的主流技術(shù)。然而，在許多的應(yīng)用中，由于砷化鎵晶體管本身的散熱和電氣特性的限制，也不能滿足將來某些系統(tǒng)的要求。氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管（HEMTs）

2、由于其突出的材料特性引起了廣泛的關(guān)注。氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，其射頻微波功率性能更加優(yōu)良，在過去的幾年中，高效率、高功率以及高電壓操作的GaN HEMT器件已經(jīng)逐漸的應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中。
　　本文首先對Ku波段功率放大器的設(shè)計方法及第三代半導(dǎo)體材料GaN相關(guān)內(nèi)容進行了調(diào)研，歸納總結(jié)了Ku波段功率放大器的一些國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。其次簡單闡述了功率放大器的技術(shù)理論基礎(chǔ)（傳輸線理論、功率放大器的主要性能指標(biāo)、工作狀態(tài)等

3、），在此基礎(chǔ)上著重研究了一個基于GaN HEMT的Ku波段的功率放大器的設(shè)計、封裝以及測試。
　　電路設(shè)計主要是基于TriQuint公司的GaN裸管TGF2023-02，利用射頻電路仿真設(shè)計軟件ADS設(shè)計了兩個工作在Ku波段的GaN HEMT功率放大器。兩款功率放大器均工作在頻段12.5GHz~14.5 GHz。其中，第一款Ku波段GaN HEMT功率放大器的整個電路采用驅(qū)動級和功率級的兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)，以混合集成的方法實現(xiàn)。為了保證

4、功率放大器在實現(xiàn)高效率的同時表現(xiàn)出良好的線性度，經(jīng)過綜合折衷考慮，我們將功率放大器的工作點設(shè)置為AB類。另外，為了增大功率放大器的輸出功率，本文采用功率合成技術(shù)，選用威爾金森（Wilkinson）功率分配器將驅(qū)動級的輸出功率均等分配，作為兩路完全相同的功率級放大器的輸入，并在電路的輸出端利用Wilkinson功分器將功率級的輸出功率進行合成輸出。經(jīng)過原理圖和版圖優(yōu)化仿真，得出GaN HEMT功率放大器的小信號增益大于17dB，輸入輸出駐

5、波比小于等于2.5，飽和輸出功率約為46dBm，最大功率附加效率（PAE）為43％。第二款為Doherty高效率功率放大器，主要利用ADS仿真設(shè)計軟件對功率放大器進行仿真設(shè)計。
　　最后對幾種可以提高功率放大器效率的技術(shù)進行了對比介紹，并主要介紹了Doherty高效率功率放大器的基本原理及應(yīng)用技術(shù)。給出了Doherty高效率功率放大器的設(shè)計過程及仿真結(jié)果。設(shè)計的高效率Doherty功率放大器的小信號增益大于5dB，飽和輸出功率約為