基于GaN HEMT的高性能S波段宽频功率放大器设计

本文主要探讨了基于GaN High Electron Mobility Transistor (GaN HEMT) 的S波段功率放大器的设计与实现。GaN HEMT作为一种高性能的宽禁带半导体材料，因其优越的特性如宽禁带、高击穿场强、高热导率和高速度，使得它在高温、高频和高功率应用中展现出巨大潜力，尤其在替代传统的GaAs器件时具有明显优势。 设计者采用内匹配技术，这是一种有效的功率放大器设计策略，通过在功率放大器的内部构建匹配电路，可以减小外部寄生参数对电路性能的影响，提高放大器的稳定性。内匹配技术的应用使得输入和输出阻抗得以优化，从而减少了信号损失，提高了放大器的效率。 文章中，设计者选择了一种单胞电路结构，这种结构相比多晶体管并联方式，能提供更高的能效，且对输入/输出引线的敏感度更低，有助于实现更精确的电路性能预测和控制。通过南京电子器件研究所自主研发的GaN HEMT管芯芯片，设计的放大器在10%的相对带宽（即3.8~4.2 GHz）内工作，能够在28 V的漏源电压和连续波的条件下，输出峰值功率Pout超过30 W，功率附加效率PAE达到了48%以上。 相比于现有研究中的GaN HEMT功率放大器，本文设计的放大器不仅输出功率高，而且能效也更为出色，特别是在S波段中较高的频率范围内。设计过程中，利用了传输线理论进行阻抗匹配，利用微波仿真软件ADS对栅宽为9.6 mm的GaN芯片进行了精细化设计，确保了在给定的工作条件下，实现了高性能的放大效果。 总结来说，这篇文章详细介绍了如何通过GaN HEMT技术，结合内匹配技术和单胞电路结构，设计出一款高性能、高效率的S波段功率放大器，这不仅展示了GaN器件在微波领域的潜力，也为未来的工程应用提供了新的可能。