Ka波段40W功率放大器MMIC的设计和实现

采用0.15μm栅长GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款Ka波段大功率、高效率功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。电路采用三级放大结构,在输入、输出端采用Lange耦合器进行功率分配和合成,输入匹配网络加入RC稳定结构以提升电路稳定性,末级器件采用改进型电抗式Bus-bar总线合成匹配网络,在保证各路平衡性的同时,调整器件电压和电流波形,提高电路的输出功率和功率附加效率。测试结果表明,在34~36 GHz频带内,放大器MMIC的饱和输出功率达到40 W,功率增益达到18 dB,功率附加效率达到30%。该功率放大器可有效改善毫米波发射系统的信号传输距离和作用精度。

X波段12W GaAs功率放大器MMIC

基于0.25μm Ga As赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺研制了一款可工作在脉冲和连续波条件下的X波段高性能大功率放大器（HPA）。根据Ga As材料的导热特性和热分布特点,设计了能够在连续波条件下工作的功率器件,并提取了器件的EEHEMT可定标模型参数。HPA原理图设计采用低损耗高效率母线拓扑结构,并基于最优效率原则优化了HPA各级阻抗匹配参数。对HPA容易出现的几种稳定性问题进行了分析,并在设计过程中采取了相应的防范措施。采用电磁场仿真技术优化设计的HPA芯片尺寸为3.5 mm×4.0 mm。在栅源电压为-0.7 V,漏源电压为8 V,工作频率为9～10 GHz的条件下,连续波输出功率达到12 W以上,功率附加效率大于45%,在9.6 GHz时功率附加效率达到50%。

基于GaAs PHEMT工艺的60~90GHz功率放大器MMIC

研制了一款60~90 GHz功率放大器单片微波集成电路(MMIC),该MMIC采用平衡式放大结构,在较宽的频带内获得了平坦的增益、较高的输出功率及良好的输入输出驻波比(VSWR)。采用GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)标准工艺进行了流片,在片测试结果表明,在栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,功率放大器MMIC的小信号增益大于13 dB,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,功率放大器的小信号增益均大于15 dB。载体测试结果表明,栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,该功率放大器MMIC饱和输出功率大于17.5 dBm,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,其饱和输出功率可达到20 dBm。该功率放大器MMIC尺寸为5.25 mm×2.10 mm。

一种基于InP DHBT的CB Stack功率放大器设计

设计了一种中心频率为75 GHz的单级MMIC功率放大器,基于0.8μm InP DHBT器件制造,该器件f_(t)/f_(max)为171/250 GHz。电路采用两层共基堆叠(CB Stack)结构,其中下层共基偏置采用基极直接接地,输入端发射极采用-0.96 V负压供电的方式,偏置电压V_(c2)为4 V。为了提高输出功率,上下两层器件进行了四指并联设计。此外,采用同样器件设计了另外一款下层共射的传统Stack结构电路。通过大信号仿真对CB Stack与国际上部分先进工艺下InP基的传统Stack结构电路性能进行对比,CB Stack结构在增益和峰值PAE上都比传统Stack有更好的表现。

一种新型波导基C波段空间功率合成器的设计和实现

介绍了一种新型波导基空间功率合成器的结构设计.采用优化的Klopfenstein型鳍状天线阵,制作实现了C波段(3.2～4.9GHz)2×3层空间功率合成器.器件的外部结构尺寸为70.12mm×98.44mm×160mm,内部集成了6只内匹配的砷化镓微波单片功率管.对该器件进行了功率合成特性的测试,实测性能指标为:在4.2GHz,该器件在连续波输入下线性增益为8.5dB,饱和输出功率为42.82dBm(19.1W),功率附加效率为25.3%,功率合成效率达到72.3%.

基于GaAs pHEMT 2.5~4.3 GHz驱动功率放大器芯片设计

为了实现低噪声、高线性度、中功率的指标特性,设计了一款基于GaAs pHEMT工艺的2.5~4.3 GHz驱动功率放大器(power amplifier,PA),该PA设计采用共源共栅级驱动共源极放大器的双级放大结构,其中共源共栅级驱动放大器可实现良好的隔离度,采用负反馈技术实现输入阻抗匹配和级间阻抗匹配,选取共源极放大器实现高线性度指标。经过流片加工后,实测结果显示,该PA在2.5~4.3 GHz频段可实现25.5±1 dB小信号增益,可以满足5G无线通信系统中Sub-6G频段的典型驱动功率放大器的指标要求,具有广泛的市场应用前景。

氮化镓毫米波功放技术发展

氮化镓(GaN)毫米波功放器具有工作频率高、输出功率大、功率转换效率高等优势,在新一代移动通信、高分辨毫米波成像雷达等领域具有广阔的应用前景。本文综述了国内外GaN毫米波功率器件发展历史和低损耗栅结构、短沟道抑制技术、寄生电阻抑制技术等关键技术特点,综合分析了适合Ka-W波段GaN单片毫米波集成电路(MMIC)功放的架构和设计方法,提出了未来我国在高效率、高功率、高频带、多功能集成GaN毫米波芯片领域开展更深入研究的建议。

基于GaN HEMT的13～17GHz收发多功能芯片

基于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺设计制作了一款收发(T/R)多功能芯片(MFC),主要用于射频前端收发系统。该芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关用于选择接收通道或发射通道工作,芯片具有低噪声性能、高饱和输出功率和高功率附加效率等特点。芯片接收通道的LNA采用四级放大、单电源供电、电流复用结构,发射通道的功率放大器采用三级放大、末级四胞功率合成结构,选通SPDT开关采用两个并联器件完成。采用微波在片测试系统完成该芯片测试,测试结果表明,在13~17 GHz频段内,发射通道功率增益大于17.5 dB,输出功率大于12 W,功率附加效率大于27%。接收通道小信号增益大于24 dB,噪声系数小于2.7 dB,1 dB压缩点输出功率大于9 dBm,输入/输出电压驻波比小于1.8∶1,芯片尺寸为3.70 mm×3.55 mm。

一种用于5G终端的毫米波收发器前端芯片的研制

用0.15μm GaAs增强型赝配高电子迁移率电子管(EPHEMT)工艺研制了一款集功率放大器、低噪声放大器、单刀双掷开关为一体的、可用于5G宽带无线移动通信系统终端的毫米波收发器前端芯片。其中,功率放大器采用电抗匹配技术的两级放大拓扑结构,单刀双掷开关采用正电压控制的对称器件结构,低噪声放大器采用两级最佳噪声兼顾增益的拓扑结构。测试结果表明,24.25~27.5 GHz频带内,芯片发射支路饱和输出功率>22 dBm,附加效率>28%;芯片接收支路噪声系数<3.0 dB,线性增益>13 dB;芯片收发隔离度优于-20 dB。该芯片面积为2.2 mm×1.8 mm。