基于GaN HEMT的X波段大功率MMIC功率放大器芯片研究.pdfVIP

摘要

由于无线通信技术的进步和移动通信标准的提高，众多领域要求无线通信系

统具有更好的性能。功率放大器处于发射机的末级，是发射链路的重要组成部分，

其性能直接影响着无线通信系统的整体性能。半导体材料和工艺水平的发展推动

了功率放大器等微波射频器件性能的提升。第三代半导体材料GaN具有禁带宽度

大、电子饱和速率高、热导率高等优点，利用GaN材料可以制备出具有输出功率

大、工作频率高、耐高温、耐高压等优势的半导体功率器件。目前GaN功率放大

器芯片是微波射频领域的研究热点。

本文综述了国内外GaN功率放大器芯片的研究现状，介绍了功率放大器的主

要性能指标和基本设计理论，然后设计了一款基于GaNHEMT工艺的X波段大

功率功率放大器MMIC。

本文所设计的功率放大器芯片采用三级放大结构，晶体管工作在AB类。通

过负载牵引选择晶体管的栅宽和最佳阻抗点，设计匹配网络以保证功放的工作性

能和稳定性。功放末级进行十六胞功率合成，在功率合成的同时进行阻抗匹配。

前两级晶体管输入端口添加RC并联电路以提高功放的稳定性。该功率放大器芯

片尺寸为3.7mm×6mm。当栅压为-2.6V，漏压为28V，输入功率为24dBm时，

在10%占空比、100μs脉宽的脉冲波模式下实测结果显示，功率放大器芯片在

7.5-10.5GHz的工作频带内输出功率典型值为49dBm，功率附加效率达到40%，

功率增益典型值为25dB，功率增益平坦度为±0.5dB，小信号增益典型值为36dB，

功率放大器芯片的性能达到设计指标。

关键词：功率放大器，氮化镓，单片微波集成电路

ABSTRACT

Duetotheadvancementofwirelesscommunicationtechnologyandthe

improvementofmobilecommunicationstandards,wirelesscommunicationsystemsare

requiredtohavebetterperformanceinmanyfields.Poweramplifieristhelaststageof

transmitter,itisanimportantpartoftransmittinglink,itsperformancedirectlyaffects

thewholeperformanceofwirelesscommunicationsystem.Thedevelopmentof

semiconductormaterialsandtechnologyhaspromotedtheperformanceofmicrowave

RFdevicessuchaspoweramplifiers.Thethirdgenerationofsemiconductormaterial

GaNhastheadvantagesoflargebandgap,highelectronsaturationrateandhigh

thermalconductivity,andcanbeusedtopreparesemiconductorpowerdeviceswith

highoutputpower,highoperatingfrequency,hightemperatureresistanceandhigh

pressureresistance.Atpresent,GaNpoweramplifierchipisaresearchhotspotin

microwaveRFfield.

ThisthesisreviewstheresearchstatusofGaNpowe