20 MHz～520 MHz寬帶功率放大器的研制
2020年電子技術應用第8期
李 賀，梁 坤，劉 敏，何 穎，張 暉
中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫214072
摘要： 新一代半導體材料GaN相比于Si、GaAs等材料，具有禁帶寬、擊穿場強高、熱穩定性優異等特性，在寬帶功放的設計中被廣泛使用。基于CREE公司的兩款GaN功率芯片進行級聯，匹配電路為集中元件和分布元件混合，采用負反饋技術提高帶寬，RC并聯網絡提高穩定性，設計了一款20 MHz～520 MHz的寬帶功放。利用ADS軟件對芯片模型和匹配電路進行優化仿真和實際調試，在20 MHz～520 MHz頻段內，功放模塊飽和輸出功率大于9 W，增益大于29.5 dB，漏極效率高于40%，帶內平坦度為±0.7 dB。
中圖分類號： TN722.75
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200264
中文引用格式： 李賀，梁坤，劉敏，等. 20 MHz～520 MHz寬帶功率放大器的研制[J].電子技術應用，2020，46(8)：1-4，8.
英文引用格式： Li He，Liang Kun，Liu Min，et al. Design of 20 MHz～520 MHz broad-band power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(8)：1-4，8.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200264
中文引用格式： 李賀，梁坤，劉敏，等. 20 MHz～520 MHz寬帶功率放大器的研制[J].電子技術應用，2020，46(8)：1-4，8.
英文引用格式： Li He，Liang Kun，Liu Min，et al. Design of 20 MHz～520 MHz broad-band power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(8)：1-4，8.
Design of 20 MHz～520 MHz broad-band power amplifier
Li He，Liang Kun，Liu Min，He Ying，Zhang Hui
China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute，Wuxi 214072，China
Abstract： GaN, as the new generation semiconductor material, has much wider forbidden bandwidth, higher breakdown voltage, more excellent thermal stability than Si and GaAs, and thus is widely used in the broadband power amplifier design. Based on two GaN RF dies of CREE company are cascaded and the matching circuit is a mixture of centralized and distributed components, a broadband power amplifier is designed in the 20 MHz～520 MHz frequency by using feedback technology to improve band width, RC parallel network to improve stability and micro-strip hybrid matching circuit. The die model and matching circuit are optimized and debugged by the ADS software. In the 20 MHz～520 MHz frequency band, the saturation output power of this power amplifier is more than 9 W, the gain is more than 29.5 dB, the drain efficiency is higher than 40% and the gain flatness is ±0.7 dB.
Key words : GaN；broadband power amplifiers；feedback；saturation output power；gain
0 引言
隨著無線通信和軍事領域新技術和新標準的不斷發展，要求微波通信系統向寬帶化、低噪聲、小型化、集成化以及更高的工作頻率發展[1]。而放大器組件是通信系統中的關鍵組成部分，因此系統整體對放大器組件的工作帶寬、性能指標、體積、重量、可靠性等都提出了更高的要求[2]。
現代系統對寬帶功放的要求達到多個倍頻程的帶寬，目前使用寬帶放大器設計的主要結構包括電抗/電阻匹配網絡、并聯電阻性反饋、平衡結構和分布式結構[3]。其中負反饋技術是實現寬帶功放的常用技術，當負反饋電路設計合理時，可以使所設計的功放在工作頻帶內保持增益平坦和阻抗匹配，同時改善直流和射頻穩定度，并改善溫度變化對功放性能的影響[4]。近年來，隨著第三代寬禁帶半導體GaN的日益成熟，由于具有禁帶寬度寬、擊穿電壓高、熱導率大、抗輻射能力強、化學性質穩定和功率密度高等特點[5]，因此以此為基礎設計的單器件寬帶功放結構簡單，穩定性好。
本文使用CREE公司型號CGH60008D(8W)級聯CGH60015D(15W)的GaN管芯設計了一個多倍頻的寬帶功放，基于負載牽引技術[6]，仿真阻抗，設計匹配網絡，在20 MHz~520 MHz頻率范圍內實現增益30 dB、效率40%和輸出功率10 W。
論文詳細內容請下載:http://m.viuna.cn/resource/share/2000002918
作者信息:
李 賀，梁 坤，劉 敏，何 穎，張 暉
(中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫214072)
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