【摘 要】
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随着通信技术的发展,对于远距离通信的需求越来越高,功率放大器作为发射机的最重要组成部分,客观上推动了功率放大器的发展。固态功率放大器经过几代技术的更新与积累,在大功率小体积的优势条件下受到越来越多研究者的关注。特别是第三代GaN高电子迁移率晶体管,耐压值较前两代技术有较高的提升,且热传导高,有利于大功率器件的散热。本文针对第三代GaN高电子迁移率晶体管设计了一款工作在2-6GHz的宽带平衡式内匹配
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随着通信技术的发展,对于远距离通信的需求越来越高,功率放大器作为发射机的最重要组成部分,客观上推动了功率放大器的发展。固态功率放大器经过几代技术的更新与积累,在大功率小体积的优势条件下受到越来越多研究者的关注。特别是第三代GaN高电子迁移率晶体管,耐压值较前两代技术有较高的提升,且热传导高,有利于大功率器件的散热。本文针对第三代GaN高电子迁移率晶体管设计了一款工作在2-6GHz的宽带平衡式内匹配功率放大器。对比传统宽带结构的优劣,本文采用宽带平衡结构与宽带匹配技术相结合的方式进行功率放大器的设计。宽带平衡结构采用三阶威尔金森功率分配器/合成器进行实现。威尔金森平衡结构具有宽带与插入损耗小的特点,且其对于端口的隔离性能优良。单路宽带匹配技术采用低Q值L-C预匹配结构与多阶四分之一阻抗变换网络相结合的方式实现。由于输入与输出端口的阻抗值相差较大,本文对于输出端采用T型预匹配结构与多阶阻抗变换网络相结合的方式,输入端采用两阶L-C预匹配结构与多阶阻抗变换网络相结合的方式。通过采用氧化铝基板制作电感与阻抗变换网络实现电路的小型化,并采用氮化铝基板制作了平衡式威尔金森功率分配器/合成器,在其上制作薄膜电阻以保证性能的可靠性,对于电容的加工采用介电常数更高的陶瓷介质实现电路的小型化。本文采用Qorvo公司研发的GaN高电子迁移率晶体管进行小型化宽带平衡式功率放大器的设计。最终设计的功放封装在63.68mm×28.85mm的管壳中,为了实现良好的散热,管壳采用铜材料进行加工,并进行了镀金处理。该功率放大器工作在栅压-2.8V,漏极电压28V时,在34d Bm的功率输入下,测得带内平均输出功率36W、功率附加效率大于35%,小信号下的增益大于14d B。
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