Ku波段宽带氮化镓功率放大器MMIC.pdf

第9期
学报
Vol 43 No 9
2015年9月
ACTA ELECTRONICA SIINCA
2015
Ku波段宽带氮化镓功率放大器MMIC
余旭明2,洪伟,王维波2,张斌2
(1.东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京,210096;2.单片集成电路与模块国家重点实验室,江苏南京,210016
摘要:基于0.25m栅长 GAN HEMT工艺,采用三级放大拓扑结构设计了一款Ku波段CaN功率放大器.放大
器设计从建立大信号模型出发,输出匹配网络和级间?配网络均采用电抗匹配减小电路的损耗,从而提高整体放大器
的功率效率.测试结果表明,该放大器在14.6~18CHz频带内,小信号增益30B,脉冲饱和输出功率达15W,功率附加
效率(PAE)大于32%;在14.8GHz频点处,放大器的峰值功率达19.5W,PAE达39%.该结果表明 GAN MMIC具有高频
高功率高效率的优势,具有广阔的应用前景
关键词:氮化镓;功率放大器;微波集成电路;Ku波段
中图分类号:TN911.23
文献标识码:A
文章编号:0372-2112(2015)09-1859-05
电子学报URL:hip://www.journal.og,.cn
DO:10.3969/j.isa.0372-2112.2015.09.026
Ku Band Power Amplifier MMIC Based on Gan HEMT Technology
YU Xu-ming,2, HONG Wei, WANG Wei-bo, ZHANG Bin 2
(1. Staue Key Lab of Mite s Suth st Uiversity, Naing, Jiangsu 210096, Chin
2. nn e logy on lh e s Ms btry, Naning, ansu 210016, China
Abstrac: e tae Ku and Gan power ampli r MM w vel w O 2 m Gan HEMT echnoloy
MMICwasdesignedinmicro-stiptechnology.Basedonthelargesignlmodel,theamglifieradoptedreactancematchingnetwork
o reuce the ne on loss of the ouput stae, which mo i a aed efficency. The mesurement results exhibited that this
amplifier roded a flat small sial gain of B and a pul satura e opu wer of 1W at the rain voltage of 28V oer the
14&GHZ frequency range. At 14. 8 GHZ a eak ouput power of 19 5W with power added efficiency of 39% was achieved
(ey words: GAN HEMT; power amplifier; MMIC; Ku-band
1引言
24W,PAE达到34.6%,但频率范围仅限于13.7~
14.,2CHz?.另外,基于波形工程的C类到F类、甚至
微波系统发射通道的特性在很大程度上取决于末类高效率功率放大器剧,其PAE已经达到90%以上,但
级的功率放大器性能.与GaAs材料相比,CaN作为三代工作频率均集中在L和S频段
半导体的代表具有更高的热导率、更大的禁带宽度和更
针对Ku波段宽带高效率 GAN MMIC功率放大器,
强的抗辐照能力,可在探测雷达、卫星通信、固态发射机本文基于双场板结构 GAN HIEM,从精确的大信号模型
等领域得到广泛的应用-2?,在相同的体积下,采用GaN出发,通过优化设计每级放大器最佳栅宽比和输出匹配
高电子迁移率晶体管( HEMT)技术设计的功率放大器不电路,设计一款三级放大拓扑结构的业波段宽带高效
仅具有高输出功率、宽带和高效率等特性3,而且率功率放大器MMC.
CaN功率器件高电压低电流的特性还可以简化系统的
二次电源转换单元,从而缓解大电流带来的一系列难2器件工艺
题,成为目前微波毫米波功率器件的研究热点.2011
功率放大器芯片采用0.25um栅长 GAN HEMT圆片
年,日本的三菱电机公可通过多胞合成及二次谐波反射工艺制作而成. AIGAN势垒层中的⊥摩尔含量是0.,25,
控制的方式,实现了60W功率输出和45%的PAE,但仅外延材料的二维电子气浓度为1.0x103cm-2,霍尔测
限于15L附近较窄的频率范围?,2012年,中科院徴试电子迁移率为1900cmV?s.栅脚通过电子束刻写技
电子所报道过Ku波段的功放分立器件,输出功率达到术实现,具有较好的一致性和可控性.为了获得较好的
收稿日期:2014-0404;修回日期:2014-08-11;责任编辑:梅志强