GaN器件的高效宽带功率放大器设计与实现

"该文提出了一种基于GaN场效应晶体管（HEMT）的高效宽带功率放大器设计方法，采用连续型功放理论，并利用CGH40010F器件进行了实验证明。通过考虑功放管的输出寄生参数等效网络，将负载阻抗转换至封装参考面，再借助多谐波双向牵引技术优化负载阻抗，确保二次谐波负载在高效区域，同时基频负载可获得高功率附加效率和高输出功率。这种方法简化了匹配网络设计，降低了谐波匹配的复杂性，实现了1GHz至3GHz的宽带高效工作。实验结果显示，在100%相对带宽下，功率附加效率介于53%至64.6%，输出功率为39.5±2dBm，增益11.5±2dB，二次谐波低于-15dBc，三次谐波低于-25dBc。" 本文主要探讨的是如何设计一款基于GaN（氮化镓）器件的高效宽带功率放大器。在功率放大器的设计中，GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）因其高速、高功率密度和高效率特性而被广泛采用。CGH40010F是用于实验验证的具体GaN器件，其性能对于实现高效、宽带的工作至关重要。 首先，作者提出了一种新的设计策略，即利用连续型功放理论。在连续模式下，功率放大器可以保持相对线性，避免大信号失真，从而提高效率。通过分析功放管的输出寄生参数，可以建立一个等效网络，将理论计算的负载阻抗映射到实际封装的参考面上，这是实现高效工作的基础。 接着，引入了多谐波双向牵引技术。这是一种优化手段，它可以调整转换后的负载阻抗，确保在多个谐波频率上都能实现高效工作。特别是，通过使二次谐波负载阻抗处于高效率区，简化了匹配网络的设计，仅需关注基频的匹配，减少了设计复杂性。同时，这也有助于提升基频负载的功率附加效率和输出功率。 实验结果表明，这种设计方法在1GHz至3GHz的宽频率范围内有效，覆盖了100%的相对带宽。在这个频段内，功率放大器的功率附加效率稳定在53%到64.6%之间，表现出良好的宽带效率。输出功率可达39.5dBm，允许一定的波动（±2dB），增益则保持在11.5dB左右（同样有±2dB的波动）。此外，二次谐波和三次谐波分别控制在-15dBc和-25dBc以下，表明了良好的非线性性能。 关键词涵盖了设计的核心要素：连续型功放理论用于保证线性工作，多谐波双向牵引技术用于优化匹配，以及宽带匹配网络设计，这些都是构建高效宽带功率放大器的关键技术。该研究提供了一种实用且高效的GaN功率放大器设计方法，对于无线通信、雷达系统和其他需要宽带高效功率放大器的领域具有重要的应用价值。