《電子技術(shù)應(yīng)用》
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X波段60 W高功率高效率功率放大器設(shè)計(jì)
電子技術(shù)應(yīng)用
徐舒，豆興昆，方志明，譚小媛
中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
摘要： 基于0.25 μm柵長(zhǎng)的GaN HEMT工藝，設(shè)計(jì)了一款8~12 GHz 60 W高功率放大器。該芯片的末級(jí)輸出端功率合成網(wǎng)絡(luò)在Bus-bar總線型的基礎(chǔ)上添加并聯(lián)LC到地枝節(jié)，達(dá)到優(yōu)化各路平衡度的目的，在實(shí)現(xiàn)高功率輸出的同時(shí)使芯片整體結(jié)構(gòu)緊湊且易于匹配。采用輸入端二次諧波阻抗匹配技術(shù)，在不影響輸出功率的前提下提升高頻效率。輸出級(jí)匹配結(jié)構(gòu)采用兩段串電感并電容匹配的方式，將輸出級(jí)阻抗匹配至目標(biāo)阻抗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較低的匹配損耗。在脈寬100 μs、占空比10%測(cè)試條件下，該放大器飽和輸出功率在8~12 GHz范圍內(nèi)大于48 dBm，效率大于35%，功率增益為23 dB。芯片尺寸為3.97 mm×5 mm。
中圖分類號(hào)：TN454 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256307
中文引用格式： 徐舒，豆興昆，方志明，等. X波段60 W高功率高效率功率放大器設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(8)：93-97.
英文引用格式： Xu Shu，Dou Xingkun，F(xiàn)ang Zhiming，et al. Design of X-band 60 W high power and high efficiency power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(8)：93-97.
Design of X-band 60 W high power and high efficiency power amplifier
Xu Shu，Dou Xingkun，F(xiàn)ang Zhiming，Tan Xiaoyuan
58th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： An 8~12 GHz 60 W high power amplifier is proposed in this paper based on the 0.25 μm GaN HEMT. The output power synthesis network adds parallel LC to the ground branchesbased on the Bus-bar synthesis network to optimize the balance of each pipe core, which makes the overall structure of the chip is compact and easy to match. The input second harmonic impedance matching technology is adopted to improve the high frequency band without affecting the output power. The output stage matching structure adopts two-stage series inductance and capacitance matching, which matches the output stage impedance to the target impedance and achieves low matching loss. Under the test conditions of 100 μs pulse width and 10% duty cycle, the saturation output power of the amplifier is greater than 48 dBm in the 8~12 GHz frequency band, the efficiency is greater than 35%, the power gain is 23 dB, and the chip size is 3.97 mm×5 mm.
Key words : power amplifier；GaN；high power；input second harmonic match；multiplex synthesis

引言

隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展，高功率高效率放大器作為射頻前端系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信及雷達(dá)等系統(tǒng)，其輸出功率及效率特性決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。GaN功率放大器因有較高功率密度，更高的輸出功率、工作帶寬及可靠性而被廣泛使用[1-4]。Dani等人[5] 2014年使用引入輸出端二次諧波匹配枝節(jié)的方式設(shè)計(jì)了一款X波段GaN功放。該放大器在引入二次諧波匹配枝節(jié)后，在10.5 GHz頻段處的效率從48.5%提升至70%。然而采用輸出端二次諧波調(diào)諧的方式對(duì)輸出功率有較大損失，并且工作頻帶受限。2020年，Kamioka等人使用0.15 μm柵長(zhǎng)的GaN工藝，設(shè)計(jì)了一款輸出功率達(dá)60 W的功率放大器，頻段覆蓋8.5~10 GHz，效率達(dá)50%[6]，然而功率增益過低，僅為11 dB，芯片尺寸較大。本文基于0.25 μm GaN工藝設(shè)計(jì)了一款8~12 GHz高功率高效率放大器，該放大器采用輸入二次諧波調(diào)諧技術(shù)，在保證輸出功率的前提下，實(shí)現(xiàn)X波段工作頻帶內(nèi)功率附加效率的提升，在8~12 GHz范圍內(nèi)達(dá)到60 W飽和輸出功率和38%效率。輸出級(jí)功率合成網(wǎng)絡(luò)在Bus-bar合成網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上添加并聯(lián)LC到地枝節(jié)優(yōu)化各路平衡度，同時(shí)使芯片整體結(jié)構(gòu)緊湊且易于匹配，最終芯片面積僅為3.97 mm×5 mm。


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作者信息：

徐舒，豆興昆，方志明，譚小媛

（中國(guó)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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