《電子技術(shù)應(yīng)用》
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C波段高效率內(nèi)匹配功率放大器設(shè)計*
電子技術(shù)應(yīng)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(nèi)匹配功率放大器的設(shè)計過程和測試結(jié)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(nèi)匹配放大器將柵極和漏極偏置電路設(shè)計在芯片內(nèi)部,無需在外部設(shè)計偏置電路,在保證功放性能的同時實現(xiàn)了小型化。該設(shè)計充分體現(xiàn)了GaN內(nèi)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(nèi)匹配功率放大器設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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(shè)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(nèi)匹配三種形式。內(nèi)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(nèi)匹配具有大功率、低成本、小型化的優(yōu)點[1]。由于內(nèi)匹配將管芯、無源電路、偏置電路分別設(shè)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(nèi)匹配功放的設(shè)計帶來很多不確定性。因此,高性能內(nèi)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(shù),設(shè)計了一款高效率C波段50 W內(nèi)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(yīng)用于衛(wèi)星、雷達、移動通信等領(lǐng)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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