Ku波段单片功率放大器设计与制作

介绍了一种Ku波段GaAs功率放大器芯片的研制过程。芯片采用电抗匹配电路结构,三级级联放大,末级采用多胞器件进行功率合成,实现了电路的高增益和所要求的功率输出;另外,还对元器件模型技术、GaAsMM IC测试技术等进行了相应描述。在芯片的研制过程中,利用ADS软件进行仿真及优化,利用电磁场仿真进行版图设计。在4英寸(100 mm)0.25μmGaAs PHEMT工艺线上完成芯片制作,在12.5～15.0 GHz的频率范围内,脉冲饱和输出功率Po大于34.7 dBm(脉宽100μs,占空比10%),功率增益Gp大于19.7 dB,功率附加效率PAE大于30%,功率增益平坦度小于±0.4 dB。该芯片可以应用到许多微波系统中。

基于GaAs PHEMT的Ku波段宽带单片中功率放大器

设计并实现了一款Ku波段宽带单片中功率放大器,依据电路原理设计了功率放大器电路,利用ADS软件对设计的电路和版图分别进行了电学参数优化与电磁仿真。放大器采用0.25μm栅长的GaAs PHEMT作为有源器件,芯片衬底减薄至80μm,采用了NiCr金属膜电阻、重叠式MIM(金属-绝缘体-金属)电容器、空气桥连接和背面通孔接地等工艺技术。放大器芯片输入输出端口匹配到50Ω。微波性能测试结果表明,单片放大器的工作频率为13～18GHz,功率增益19dB,饱和输出功率29dBm,功率附加效率30%。

V波段3W GaN功率放大器MMIC

以50μm厚的SiC为衬底,基于T型栅GaN HEMT工艺技术,设计并制作了一款V波段GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。该功率放大器MMIC电路采用三级放大拓扑结构进行设计;采用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配和片上功率合成;采用介质电容和薄膜电阻进行偏置网络设计,实现稳定工作和低损耗输出。经测试,在55~65 GHz频带内,漏极工作电压+20 V、栅极工作电压-2.3 V的偏置条件下,在占空比20%、脉宽100μs脉冲状态时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到3 W以上,功率附加效率达到22%;连续波状态时,其饱和输出功率达到2.5 W以上,60 GHz时最高功率达到3 W。

W波段三路合成GaN功率放大器MMIC

基于GaN HEMT工艺,研制了一款W波段功率放大器MMIC。利用Lange耦合器将3个饱和输出功率大于1 W的单元电路进行三路片上功率合成来实现该功率放大器MMIC。该芯片的制作采用了0.1μm T型栅GaN HEMT技术,衬底为50μm厚的SiC。芯片为三级级联拓扑结构,采用高低阻抗传输线、介质电容等进行匹配和偏置电路设计,实现低损耗输出,芯片尺寸为3.37 mm×3.53 mm×0.05 mm。测试结果表明,在漏源工作电压15 V、88~92 GHz频率范围内,该MMIC的线性增益大于15 dB,饱和输出功率大于3 W。该MMIC具有功率大、输入输出回波损耗小及应用范围广的优势。

W波段InP HEMT MMIC功率放大器

基于InGaAs/InAlAs/InPHEMT设计制作了一款W波段功率放大器芯片。采用分子束外延技术生长了材料结构经过优化设计的InPHEMT外延材料,采用电子束光刻和三层胶工艺制作有源器件的超深亚微米T型栅,并采用神经网络模型对器件进行精确建模。电路采用4级级联提高电路的增益,末级采用4胞并联器件有效地分散热源。采用全波电磁场仿真技术设计电路版图有效降低芯片内部的电磁耦合。芯片采用在片脉冲测试,测试结果显示,在脉宽为10μs、占空比为10%、栅压为-0.15V和漏极电压为2V条件下,92~97GHz频率内功率放大器的小信号增益大于15dB,频率为94GHz时的输出功率达到300mW。

K波段高效率GaAs收发一体多功能芯片

研制了一款K波段(23~25 GHz)收发一体化多功能芯片。该芯片集成了单刀双掷开关(SPDT)、接收支路低噪声放大器和发射支路高效率功率放大器。为兼顾低噪声和高效率功率特性,对电路的拓扑结构进行了优化选择和设计。在器件特征工作频点,采用开关模型、噪声模型和非线性大信号模型进行联合仿真设计。测试结果表明,该收发一体多功能芯片在23~25 GHz范围内,接收支路增益23 d B、噪声系数2.5 d B,工作电流仅为12 m A;发射支路增益为30 d B,1 d B压缩点输出功率为18.7 d Bm,功率附加效率达到30%,动态电流仅为70 m A。芯片尺寸小,仅为3.5 mm×2.5 mm。

90nm T型栅工艺在高频GaAs PHEMT MMIC中的应用

采用PMMA/P（MMA-MAA）/PMMA三层胶结构,通过优化电子束直写电压、束流和显影等工艺参数,得到了理想的光刻胶形貌。利用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的方法实现了双凹槽栅结构。通过优化蒸发功率、蒸发时间及各层金属厚度,解决了栅掉帽的问题。开发了90 nm自对准双凹槽T型栅电子束三层胶光刻工艺技术。应用90 nmT型栅工艺制作了W波段GaAs PHEMT功率放大器及V波段Ga As PHEMT低噪声放大器。测试结果表明,在频率为90~96 GHz、源漏电压5 V、栅源电压-0.3 V、输入功率13 dBm时,功率放大器电路输出功率为20.8 dBm,功率增益为7.8 dB;在频率为57~64 GHz、源漏电压2.5 V、漏极电流55 m A时,低噪声放大器增益大于24 dB,带内噪声系数小于3.5 dB,验证了该工艺技术的可行性和可应用性。

宽带W波段低噪声放大器的设计与制作

基于未来低功耗毫米波接收前端的应用,采用InP HEMT工艺实现了一种W波段宽带低噪声放大器。该放大器采用边缘耦合线用于级间的隔离,扇形短截线用于RF旁路,偏置网络采用薄膜电阻和扇形短截线以保持放大器的稳定性。采用3mm噪声测试系统对单片进行在片测试,测试结果显示在80～102GHz,噪声系数小于5dB,相关增益大于19dB。五级电路的栅、漏分别连在一起方便使用,芯片面积3.6mm×1.7mm,功耗30mW。

小型化封装的四通道多功能电路

基于GaAsE/D赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺、多层陶瓷管壳工艺和芯片微组装工艺技术,设计并制作了一种微波小型化封装四通道多功能电路。该多功能电路集成了通道选择、6bit移相和4bit衰减等功能,由低噪声放大器（LNA）芯片、功分开关网络多功能芯片（MFC）、数控移相衰减多功能芯片、3-8译码器芯片和多层陶瓷外壳组成。测试结果表明,在频率为2.0-3.5GHz时,电路增益大于16dB,噪声系数小于1.3dB,端口电压驻波比（VSWR）小于1.5∶1,多功能电路采用＋5V/-5V供电,工作电流分别为110mA@＋5V,48mA@-5V。多功能电路的封装尺寸为19.0mm×17.0mm×3.1mm。

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