《電子技術(shù)應(yīng)用》
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20 MHz～520 MHz寬帶功率放大器的研制
2020年電子技術(shù)應(yīng)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(dǎo)體材料GaN相比于Si、GaAs等材料，具有禁帶寬、擊穿場強高、熱穩(wěn)定性優(yōu)異等特性，在寬帶功放的設(shè)計中被廣泛使用?；贑REE公司的兩款GaN功率芯片進行級聯(lián)，匹配電路為集中元件和分布元件混合，采用負反饋技術(shù)提高帶寬，RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提高穩(wěn)定性，設(shè)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(yōu)化仿真和實際調(diào)試，在20 MHz～520 MHz頻段內(nèi)，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(nèi)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(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)和新標準的不斷發(fā)展，要求微波通信系統(tǒng)向?qū)拵Щ⒌驮肼?、小型化、集成化以及更高的工作頻率發(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(xiàn)代系統(tǒng)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(shè)計的主要結(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]。其中負反饋技術(shù)是實現(xiàn)寬帶功放的常用技術(shù)，當負反饋電路設(shè)計合理時，可以使所設(shè)計的功放在工作頻帶內(nèi)保持增益平坦和阻抗匹配，同時改善直流和射頻穩(wěn)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(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、化學性質(zhì)穩(wěn)定和功率密度高等特點[5]，因此以此為基礎(chǔ)設(shè)計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CGH60008D(8W)級聯(lián)CGH60015D(15W)的GaN管芯設(shè)計了一個多倍頻的寬帶功放，基于負載牽引技術(shù)[6]，仿真阻抗，設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)，在20 MHz~520 MHz頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)增益30 dB、效率40%和輸出功率10 W。




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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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