本文關(guān)鍵詞：微波GaN高效率MMIC功率放大器研究

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【摘要】：在過(guò)去的十多年中,基于第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)的高電子遷移率晶體管(HEMT)在微波高功率放大器方面有著明顯的優(yōu)勢(shì),隨著國(guó)內(nèi)外GaN HEMT工藝的成熟及其相關(guān)產(chǎn)品的問(wèn)世,微波GaN功放已經(jīng)展現(xiàn)出了良好的市場(chǎng)前景。微波單片集成電路(MMIC)相對(duì)微波混合電路具有尺寸小、重復(fù)生產(chǎn)性能好、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn),因此,基于GaN HEMT的MMIC高效率功率放大器的設(shè)計(jì),是當(dāng)前微波功放領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。提高功放效率對(duì)通信系統(tǒng)性能的提升具有重要意義。與E類(lèi)、F類(lèi)功率放大器相比,諧波控制結(jié)構(gòu)由于只需考慮控制二次諧波,因而相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn),特別在空間比較狹窄的MMIC電路中。因此近年來(lái),諧波控制在MMIC中的應(yīng)用獲得了廣泛的關(guān)注。但對(duì)于高增益、大功率MMIC功放,由于受限于模型精度、面積等因素限制,MMIC中的諧波控制設(shè)計(jì)技術(shù)仍存在巨大挑戰(zhàn)。因此,本文針對(duì)諧波控制在微波高功率放大器中的應(yīng)用理論和技術(shù)開(kāi)展了研究,主要內(nèi)容如下:(1)基于國(guó)產(chǎn)工藝,基于諧波控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一款60W C波段高增益GaN MMIC功放。該放大器采用了三級(jí)放大電路結(jié)構(gòu),對(duì)末級(jí)功放利用二次諧波控制技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。末級(jí)功放的輸入端在基波匹配的基礎(chǔ)上,采用開(kāi)路枝節(jié)進(jìn)行二次諧波匹配,輸出端采用優(yōu)化方法將輸出匹配網(wǎng)絡(luò)同時(shí)匹配在最優(yōu)基波和諧波阻抗。測(cè)試結(jié)果顯示,在靜態(tài)偏置點(diǎn)VGS=-2.5 V、VDS=28V下,5.0~6.0GHz內(nèi),當(dāng)輸入功率Pin=23dBm時(shí),輸出功率Pout48.3dBm(67.6W),增益Gain25.3dB,功率附加效率PAE40%。(2)為進(jìn)一步提高功放效率,本文首次研究了采用多級(jí)電路諧波控制的GaN MMIC功放設(shè)計(jì)方法,即將諧波控制技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于功放的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)。由于諧波控制技術(shù)增加每一級(jí)的增益和功率效率,從而有效提升整體功放的效率。計(jì)算仿真結(jié)果表明,采用三級(jí)電路諧波控制技術(shù)后,采用相同的晶體管器件設(shè)計(jì)的MMIC在5.0~6.0GHz內(nèi),Pout49Bm、Gain26.8dB,PAE52%。與只考慮末級(jí)諧波控制技術(shù)仿真結(jié)果相比,PAE可以提升6%以上,并進(jìn)行了流片和測(cè)試。本文的研究對(duì)提升GaN MMIC功放的效率有著參考意義。
【關(guān)鍵詞】：GaN 高效率 諧波控制技術(shù) MMIC 功率放大器
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN722.75
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)11-13
• 1.3 本文內(nèi)容13-14
• 第二章 高效率MMIC功率放大器關(guān)鍵技術(shù)14-32
• 2.1 MMIC的設(shè)計(jì)流程14-15
• 2.2 AlGaN/GaN HEMT的工作原理15-17
• 2.2.1 AlGaN/GaN HEMT的器件結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2.2 AlGaN/GaN HEMT模型16-17
• 2.3 基于AlGaN/GaN HEMT的MMIC制作工藝17-18
• 2.4 功率放大器指標(biāo)和分類(lèi)18-23
• 2.4.1 功率放大器指標(biāo)18-21
• 2.4.1.1 效率、輸出功率和增益18-20
• 2.4.1.2 穩(wěn)定性和線(xiàn)性度20-21
• 2.4.2 功率放大器的分類(lèi)21-23
• 2.4.2.1 經(jīng)典功率放大器21-22
• 2.4.2.2 開(kāi)關(guān)類(lèi)功率放大器22-23
• 2.5 高效率功放實(shí)現(xiàn)方式23-26
• 2.6 諧波控制技術(shù)26-31
• 2.6.1 諧波控制的定義26-27
• 2.6.2 諧波控制的理論分析27-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第三章 單級(jí)諧波控制MMIC功放設(shè)計(jì)32-50
• 3.1 MMIC總體方案32-33
• 3.2 HEMT直流特性及功放靜態(tài)工作點(diǎn)33
• 3.3 負(fù)載牽引(Loadpull)和源牽引(Sourcepull)33-35
• 3.4 諧波控制結(jié)構(gòu)35-36
• 3.5 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)36-44
• 3.5.1 無(wú)源器件36-39
• 3.5.1.1 薄膜電阻36-37
• 3.5.1.2 MIM電容37-38
• 3.5.1.3 螺旋電感38-39
• 3.5.1.4 接地孔39
• 3.5.2 匹配網(wǎng)絡(luò)39-44
• 3.6 諧波平衡分析44-46
• 3.7 加工與測(cè)試46-49
• 3.8 本章小結(jié)49-50
• 第四章 多級(jí)諧波控制MMIC功放設(shè)計(jì)50-62
• 4.1 二次諧波負(fù)載牽引(Loadpull)及方案驗(yàn)證50-52
• 4.2 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)52-55
• 4.3 諧波平衡分析55-57
• 4.4 加工測(cè)試與結(jié)果分析57-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士期間取得的成果69-70

【參考文獻(xiàn)】

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1 余旭明;洪偉;張斌;陳堂勝;陳辰;;S波段35W GaN功率MMIC[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2011年06期

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本文編號(hào)：554812