2-8GHz GaN宽带功率放大器MMIC设计与性能

"本文介绍了一款基于0.25μm GaN HEMT工艺的2～8GHz宽带功率放大器MMIC，该放大器采用了两级拓扑结构，并通过优化GaN HEMT器件设计，提升了放大器的稳定性和性能。多极点电抗匹配网络的应用拓宽了放大器的工作带宽，降低了电路损耗。实测结果显示，该放大器在2～8GHz频率范围内，在脉冲偏压28V条件下，峰值输出功率超过30W，功率附加效率超过25%，小信号增益大于24dB，输入电压驻波比小于2.8。在6GHz时，峰值输出功率可达50W，效率高达40%。在连续波饱和输出时，输出功率超过20W，效率超过20%，尺寸为4.0mm x 5.0mm。" 本文详细阐述了一项关于2～8GHz宽带GaN功率放大器MMIC的设计与实现。该MMIC利用0.25微米的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN High Electron Mobility Transistor, GaN HEMT）工艺技术，旨在提供大功率、宽带的放大解决方案。这种两级拓扑结构的功率放大器设计旨在平衡功率输出、效率和带宽，以满足2～8GHz的宽频工作需求。 GaN HEMT器件经过优化，提升了放大器的可靠性和性能。这种优化可能包括对栅极长度、源漏电极结构以及栅氧化层的精细调整，以优化器件的电流驱动能力、增益和线性度。此外，电路设计采用了多极点电抗匹配网络，这是为了实现更宽的带宽覆盖，同时减少信号传输过程中的能量损失。匹配网络可能包含电阻、电感和电容元件，它们协同工作，确保在不同频率下输入和输出端口的良好匹配。 测试结果证实了该MMIC的卓越性能。在脉冲偏压28V，脉宽1毫秒，占空比30%的情况下，放大器在整个2～8GHz频段内能够提供超过30W的峰值输出功率，同时保持25%以上的功率附加效率。小信号增益大于24dB，表明放大器具有良好的增益性能，能有效地提升输入信号的幅度。输入电压驻波比小于2.8，这表示信号在进入放大器时的反射较小，表明了良好的输入匹配。 在6GHz频率点，放大器的峰值输出功率更是达到了50W，此时的功率附加效率达到了40%，显示出其在高频下的优异表现。在连续波（CW）状态下，当偏压同样为28V时，放大器的饱和输出功率超过了20W，效率依然超过20%，这意味着它在连续工作时也能保持高效。 这款2～8GHz宽带GaN功率放大器MMIC展示了其在宽带通信、雷达系统、卫星通信等应用中的潜力，其高效、大功率和宽频带特性对于现代无线通信系统的设计至关重要。考虑到其小型化的设计（4.0mm x 5.0mm），该MMIC尤其适合集成到空间受限的射频前端中。