基于动态负载线GaN HEMT模型的谐波调谐功放设计

基于动态负载线GaN HEMT大信号模型和负载牵引技术设计并制作了一款工作在2 GHz的高效率谐波调谐功放。在晶体管寄生参数和封装参数未知的情况下,通过负载牵引技术初步确定满足性能要求的最佳基波和谐波阻抗值,并根据动态负载线大信号模型所观察到的漏极电流、电压波形对功放整体电路进行调谐和优化。测试结果表明,当输入功率为27 dBm时,该功放漏极效率可达81.53%,功率附加效率为76%,输出功率为38.69 dBm,增益为11.69 dB。采用该方法所设计的高效率谐波调谐功放在满足较高性能的同时,具有结构简单、调谐方便的优点。

高频谐振功率放大器的折线图示

本文在引入动态负载线和虚拟工作点电流的基础上,通过几个折线图形,讨论高频功率放大器各个状态参量对工作状态的影响。这一分析方法较之理论推导简单、直观和具体。

高可靠GaN内匹配功率器件降额研究

基于功率放大器的动态负载线理论,参照Si和GaAs功率器件的降额准则,总结工程应用经验得到了GaN功率器件不同等级的电压降额系数,即I级、II级、III级降额时击穿电压应分别大于工作电压的3.14倍、2.75倍、2.44倍。通过GaN功率器件可靠性试验数据预估了器件在正常工作条件下的平均失效时间(MTTF),并参考多家半导体厂家关于GaN器件结温与可靠性关系的统计数据,得出了GaN功率器件不同等级的结温降额数值,即I级、II级、III级降额结温分别为135~140、160和180℃,降额系数分别为0.6~0.62、0.71和0.8。选用一款X波段20 W GaN内匹配功率器件进行验证,在提出的I级降额条件下,该器件已安全工作超18000 h。提出的降额条件对GaN功率器件的设计和应用具有一定的指导意义。