《電子技術應用》
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C波段高效率內匹配功率放大器設計*
電子技術應用
劉鴻睿，趙宏亮，尹飛飛
（遼寧大學 物理學院，遼寧 沈陽 110036）
摘要： 闡述了一款內匹配功率放大器的設計過程和測試結果。該放大器工作在5~5.8 GHz，采用氮化鎵HEMT工藝，在28 V漏極供電電壓下實現(xiàn)了48 dBm輸出功率和55%功率附加效率。同時，該內匹配放大器將柵極和漏極偏置電路設計在芯片內部，無需在外部設計偏置電路，在保證功放性能的同時實現(xiàn)了小型化。該設計充分體現(xiàn)了GaN內匹配電路的高功率、高效率、小型化的優(yōu)勢。
中圖分類號：TN722.7 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223557
中文引用格式： 劉鴻睿，趙宏亮，尹飛飛. C波段高效率內匹配功率放大器設計[J]. 電子技術應用，2023，49(9)：58-62.
英文引用格式： Liu Hongrui，Zhao Hongliang，Yin Feifei. Design of high efficiency internal matching power amplifier of C band[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(9)：58-62.
Design of high efficiency internal matching power amplifier of C band
Liu Hongrui，Zhao Hongliang，Yin Feifei
(School of Physics， Liaoning University， Shenyang 110036， China)
Abstract： The design process and measurement results of an internal matching power amplifier are detailed in this paper. This amplifier with GaN HEMT process operates at 5~5.8 GHz. It achieves output power of 48 dBm and power added efficiency of 55% with supply voltage of 28 V. Meanwhile, the bias circuits are integrated in the chip instead of extra off-chip bias circuits, hence it combines the performance and miniaturization. It fully reflects the advantages of high power, high efficiency and miniaturization of GaN internal matching circuit.
Key words : internal matching；power amplifier；C band；high efficiency

0　引言

在射頻功率放大器中，高功率密度、高效率是人們一直追求的目標。目前主流的射頻功率放大器設計方案分為單片微波集成電路（Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC）、射頻功率模塊和內匹配三種形式。內匹配功率放大器是一種混合集成電路（Hybrid Integrated Circuit, HIC），它可以將多種不同襯底材料、不同工藝的裸芯片通過粘接、焊接、共晶等工藝裝配在同一個載片上。與其他兩種形式相比，內匹配具有大功率、低成本、小型化的優(yōu)點[1]。由于內匹配將管芯、無源電路、偏置電路分別設計在不同的襯底上，它可以實現(xiàn)不同工藝的優(yōu)勢互補。但也正是這個因素，給內匹配功放的設計帶來很多不確定性。因此，高性能內匹配功率放大器是近年來研究的重點[2-3]。根據(jù)電氣與電子工程師協(xié)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）對電磁波頻譜的劃分，C波段指的是頻率在4~8 GHz范圍的電磁波，該頻段包含了衛(wèi)星下行頻段、5G移動通信頻段、雷達頻段等，用途較為廣泛，具有廣闊的市場前景。本文基于氮化鎵高電子遷移率晶體管（High Electron Mobility Transistor, HEMT）技術，設計了一款高效率C波段50 W內匹配功率放大器，其在飽和輸出功率48 dBm下可以實現(xiàn)55%的功率附加效率（Power Added Efficiency, PAE），同時可裝配在8 mm×8 mm載片上，實現(xiàn)了小型化，可廣泛應用于衛(wèi)星、雷達、移動通信等領域中[4-6]。



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作者信息：

劉鴻睿，趙宏亮，尹飛飛 （遼寧大學 物理學院，遼寧 沈陽 110036）


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