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氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)具有二维电子气(2DEG)密度高,击穿电压高等优点,非常适合功率放大器。由于GaN HEMT能够承受较高的输入功率,做为低噪声放大器在接收组件中可减少限幅电路的使用,基于此可实现低噪声与功率放大器的单片集成。针对GaN HEMT特性本文做了如下工作:1、分析了GaN HEMT的工作机理,研究了GaN HEMT数值物理模型,建立了GaN HEMT数值物理模型,并与实测数据进行对比。基于该模型进一步研究了(1)氮化铝(AlN)插入层对器件高频噪声性能的影响。研究结果表明,含AlN插入层的HEMT在8GHz时,最小噪声系数降低0.5dB,噪声电导降低50%,电流截止频率提高17%。(2)槽栅GaN HEMT在毫米波频段的噪声性能。与传统结构GaN HEMT相比,在80GHz,槽栅GaN HEMT最小噪声系数改善1.2dB,电流截止频率(fT)提高约10%,最大振荡频率(fmax)提高约11%,跨导提高约40%。2、针对传统噪声等效电路建模测试数据需求量大的缺点,本文改进了一种传统的噪声等效电路模型及建模方法。通过引入栅漏反馈电容,增加了高频条件下模型的准确性。该模型另一优点是不含经验参数,无需参数拟合即可预测器件的噪声性能。本文采用该模型并结合国内GaN工艺线生产的HEMT器件,设计了一款低噪声放大器(LNA),测试结果表明:该LNA在1.5~4GHz频带内增益大于13dB,增益平坦度优于±0.5dB,噪声系数小于2.5dB。3、针对GaN HEMT具有较大的输出电容,难以实现逆F类功率功率放大器偶次谐波的开路,本文采取外电路补偿的方式设计了一款GaN逆F类功率放大器。原理图与版图联合仿真结果表明:该功率放大器在中心频率3.1GHz,带宽800MHz范围内实现功率附加效率(PAE)大于60%,输出功率大于42dBm,增益大于6dB。并对该功率放大器进行了加工,调试与分析。实验测试结果表明,在1.8~2.35GHz频段内小信号增益大于8dB,1.95GHz~2.25GHz频段内漏极效率大于65%,输出功率大于43.5dBm,其中2.0GHz实现最大输出功率大于45.3dBm,漏极效率70.03%,2.2GHz时实现最大漏极效率75.68%,输出功率44.7dBm。