GaN器件的平衡式逆F类功率放大器设计与效率提升

"基于GaN 器件的平衡式逆F 类功率放大器的研究与设计" 在功率放大器领域，效率和输入输出端的反射损耗是关键的性能指标。本文主要探讨了如何通过采用平衡式结构来改善逆F 类功率放大器的这些问题。逆F 类功率放大器因其独特的设计特性，能够提供较高的效率和良好的输出特性，但在实际应用中仍存在效率低下和反射损耗大的挑战。针对这一问题，研究人员选择工作在2.6GHz 频段，利用GaN（氮化镓）器件CGH40010F 设计了一款平衡式的逆F 类功率放大器验证电路。 GaN 器件由于其高电子迁移率、高温稳定性以及较高的击穿电压，被广泛应用于高性能功率放大器的设计中。在这项研究中，设计者首先考虑了功放管输出端的寄生参数，通过构建等效网络将负载阻抗转换到封装参考面上，这一方法有助于减少反射损耗。同时，考虑到栅源寄生电容对输入信号的影响，设计者在输入拓扑结构中加入了二次谐波抑制电路，以提高放大器的工作效率。 此外，为了进一步优化电路结构，研究者在栅漏极偏置电路中采用了扇形微带线来替代传统的短路电容。这种创新设计使得电路更加紧凑，降低了整体尺寸，同时保持了良好的性能。 经过仿真优化和实际测量，该功率放大器表现出优秀的性能：饱和输出功率达到42.32dBm，这意味着它在高功率状态下仍能保持良好的线性输出。最大漏极效率为77.91%，显示了高效的能量转换能力。最大功率附加效率（PAE）为72.16%，这是一个重要的指标，因为它衡量了放大器在实际工作条件下转换为有用功率的比例。此外，输入输出驻波系数小于2，这意味着输入和输出端口的匹配良好，减少了信号反射。 实测结果与仿真数据的吻合，验证了所提出设计方法的有效性。这不仅为基于GaN 的逆F 类功率放大器提供了新的设计思路，也为未来高频通信系统中的功率放大器优化提供了参考。该研究得到了国家自然基金和辽宁省高校重点实验室项目的资金支持，体现了其在学术研究和工程实践中的重要价值。 关键词：平衡结构；逆F 类功率放大器；GaN；谐波抑制；驻波系数 中图分类号：TN722 文献标识：A 文章编号：（此处应填写文章编号） 通过这项研究，我们可以看到，结合先进的材料技术（如GaN）和创新的电路设计，可以有效地提升功率放大器的性能，解决效率和反射损耗的问题。这对于5G通信、卫星通信等高频率、大功率应用具有重要意义。