论文部分内容阅读
单片微波集成电路功率放大器(MMIC PA)的需求在过去二十年中一直在迅速增长。主要应用包括测试和仪器设备、高吞吐量的点对点无线电链路以及电子战和雷达等电子系统。提升单个微波功放的输出功率和功率效率对电子系统的性能和可靠性有着重要意义。近年来,基于第三代半导体的GaN HEMT工艺日渐成熟,高击穿电压、大功率密度、高热导率、高饱和电子迁移率等优点使其迅速广泛地应用于MMIC电路设计。使用GaN HEMT进行单片电路设计,可以更好地提高功率放大器的功率和效率等性能。本文针对X波段宽带GaN MMIC功率放大器,采用宽带匹配技术,开展了覆盖X波段全频段的Ga N MMIC功率放大器研究。主要工作如下:(1)基于100nm硅(Si)基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计了一款20W GaN MMIC功放。针对宽带高功率放大器设计,采用了广义LC单元匹配方法,该方法将串联或并联的电容电感表征为电抗参数,通过改变它们的电路参数来改变网络的拓扑结构,加快了得到合适拓扑的过程。仿真结果表明,在静态直流偏置漏压和栅压分别为Vds=12V和Vgs=-1V,输入功率Pin=23dBm时,该功放在8~12GHz频带内输出功率大于42.5dBm,功率增益大于19.5dB,PAE>30%,输入输出回波损耗小于-10dB,小信号增益大于24.7dB,芯片面积为4.6×3.3mm~2。(2)基于0.25μm碳化硅(SiC)基GaN HEMT工艺,采用前面相同的匹配方法,设计了一款20W X波段GaN MMIC功放,仿真结果表明在静态直流偏置漏压和栅压分别为Vds=28V和Vgs=-3V,输入功率Pin=23dBm时,该功放在8~12GHz频带内输出功率大于43.2dBm,功率增益大于20.2dB,PAE>23%,输入输出回波损耗小于-10dB,版图小信号增益大于27dB,芯片面积为5.6×4mm~2。