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20 MHz～520 MHz宽带功率放大器的研制

2020年电子技术应用第8期

李贺，梁坤，刘敏，何颖，张晖

中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡214072

摘要： 新一代半导体材料GaN相比于Si、GaAs等材料，具有禁带宽、击穿场强高、热稳定性优异等特性，在宽带功放的设计中被广泛使用。基于CREE公司的两款GaN功率芯片进行级联，匹配电路为集中元件和分布元件混合，采用负反馈技术提高带宽，RC并联网络提高稳定性，设计了一款20 MHz～520 MHz的宽带功放。利用ADS软件对芯片模型和匹配电路进行优化仿真和实际调试，在20 MHz～520 MHz频段内，功放模块饱和输出功率大于9 W，增益大于29.5 dB，漏极效率高于40%，带内平坦度为±0.7 dB。

關(guān)鍵詞： GaN 宽带功放负反馈饱和输出功率增益

中圖分類號(hào)： TN722.75
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shù)應(yīng)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(lǐng)域新技術(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，要求微波通信系統(tǒng)向?qū)拵Щ⒌驮肼暋⑿⌒突⒓苫约案叩墓ぷ黝l率發(fā)展^[1]。而放大器組件是通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，因此系統(tǒng)整體對(duì)放大器組件的工作帶寬、性能指標(biāo)、體積、重量、可靠性等都提出了更高的要求^[2]。

現(xiàn)代系統(tǒng)對(duì)寬帶功放的要求達(dá)到多個(gè)倍頻程的帶寬，目前使用寬帶放大器設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)包括電抗/電阻匹配網(wǎng)絡(luò)、并聯(lián)電阻性反饋、平衡結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)^[3]。其中負(fù)反饋技術(shù)是實(shí)現(xiàn)寬帶功放的常用技術(shù)，當(dāng)負(fù)反饋電路設(shè)計(jì)合理時(shí)，可以使所設(shè)計(jì)的功放在工作頻帶內(nèi)保持增益平坦和阻抗匹配，同時(shí)改善直流和射頻穩(wěn)定度，并改善溫度變化對(duì)功放性能的影響^[4]。近年來，隨著第三代寬禁帶半導(dǎo)體GaN的日益成熟，由于具有禁帶寬度寬、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、抗輻射能力強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和功率密度高等特點(diǎn)^[5]，因此以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的單器件寬帶功放結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好。

本文使用CREE公司型號(hào)CGH60008D(8W)級(jí)聯(lián)CGH60015D(15W)的GaN管芯設(shè)計(jì)了一個(gè)多倍頻的寬帶功放，基于負(fù)載牽引技術(shù)^[6]，仿真阻抗，設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)，在20 MHz~520 MHz頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)增益30 dB、效率40%和輸出功率10 W。

論文詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)下載:http://www.tom3567.com/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(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無錫214072)

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