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C波段高效率内匹配功率放大器设计*
电子技术应用
刘鸿睿,赵宏亮,尹飞飞
(辽宁大学 物理学院,辽宁 沈阳 110036)
摘要:阐述了一款内匹配功率放大器的设计过程和测试结果。该放大器工作在5~5.8 GHz,采用氮化镓HEMT工艺,在28 V漏极供电电压下实现了48 dBm输出功率和55%功率附加效率。同时,该内匹配放大器将栅极和漏极偏置电路设计在芯片内部,无需在外部设计偏置电路,在保证功放性能的同时实现了小型化。该设计充分体现了GaN内匹配电路的高功率、高效率、小型化的优势。
中图分类号:TN722.7 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223557
中文引用格式:刘鸿睿,赵宏亮,尹飞飞. C波段高效率内匹配功率放大器设计[J]. 电子技术应用,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

在射频功率放大器中,高功率密度、高效率是人们一直追求的目标。目前主流的射频功率放大器设计方案分为单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC)、射频功率模块和内匹配三种形式。内匹配功率放大器是一种混合集成电路(Hybrid Integrated Circuit, HIC),它可以将多种不同衬底材料、不同工艺的裸芯片通过粘接、焊接、共晶等工艺装配在同一个载片上。与其他两种形式相比,内匹配具有大功率、低成本、小型化的优点[1]。由于内匹配将管芯、无源电路、偏置电路分别设计在不同的衬底上,它可以实现不同工艺的优势互补。但也正是这个因素,给内匹配功放的设计带来很多不确定性。因此,高性能内匹配功率放大器是近年来研究的重点[2-3]。根据电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)对电磁波频谱的划分,C波段指的是频率在4~8 GHz范围的电磁波,该频段包含了卫星下行频段、5G移动通信频段、雷达频段等,用途较为广泛,具有广阔的市场前景。本文基于氮化镓高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT)技术,设计了一款高效率C波段50 W内匹配功率放大器,其在饱和输出功率48 dBm下可以实现55%的功率附加效率(Power Added Efficiency, PAE),同时可装配在8 mm×8 mm载片上,实现了小型化,可广泛应用于卫星、雷达、移动通信等领域中[4-6]。



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作者信息:

刘鸿睿,赵宏亮,尹飞飞 (辽宁大学 物理学院,辽宁 沈阳 110036)


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