【摘要】：作為通信系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)中最重要的設備之一,射頻功率放大器的作用無可替代。目前,基于Si、GaAs等材料的功率放大器,由于受材料性能的限制,已經(jīng)逐漸不能滿足大功率、高效率、寬帶寬和小體積的要求。近年來,以GaN、SiC等材料為代表的第三代半導體材料,具有更小的寄生參數(shù),能夠承受更高的電場,具有更高的電子遷移率、功率密度及熱傳導效率,可以很好地滿足系統(tǒng)對功率放大器各指標的要求。P波段射頻功率放大器主要應用于軍用雷達的發(fā)射接收組件中,P波段雷達可以探測隱身目標還可作為超遠程警戒雷達使用。但同時,P波段的頻率較低、波長較長,使得P波段功率放大器的體積較大。而且,P波段功率放大器較高的增益也容易導致不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此,基于GaN材料而解決傳統(tǒng)P波段射頻功率放大器缺點的研究工作尤為重要。本文分別介紹了功率放大器的發(fā)展和應用現(xiàn)狀、氮化鎵高電子遷移率晶體管概述、射頻功率放大器的理論基礎,文章主體部分提出了一種500-600MHz GaN基功率放大器的設計與實現(xiàn)方法。包括電路圖的仿真,版圖的制作以及功率放大器的測試與調(diào)試。功率放大器的設計過程中使用了ADS射頻仿真軟件以及射頻測試系統(tǒng)(信號源、功率計、電源、示波器、衰減器、頻譜、矢量網(wǎng)絡分析儀)。設計目標為:末級功率放大器帶內(nèi)增益大于15dB,輸出功率大于58dBm(600W),功率附加效率大于80%。最終的測試結果顯示:在柵電壓為-1.6V,漏電壓為28V的條件下,漏端電流為300mA,帶內(nèi)駐波參數(shù)S11小于-10dB,帶內(nèi)小信號增益大于28dB;在柵電壓為-2.3V,漏電壓為48V,輸入脈沖波300us、20%占空比,輸入功率為41.5dBm的條件下,得到在500-600MHz內(nèi)輸出功率大于58.5dBm(700W),功率附加效率大于85%,最高點為87%,平坦度小于0.3dB,增益大于17dB,最終的功率放大器尺寸為110×60mm~2。并針對P波段功率放大器低頻狀態(tài)下不穩(wěn)定的現(xiàn)象,提出了RC-LC穩(wěn)定性網(wǎng)絡,將濾波器的概念應用于功率放大器的匹配電路設計中,在不影響功率和效率的前提下,顯著改善了功率放大器的穩(wěn)定性。本文提出了一種P波段GaN基大功率高效率射頻功率放大器的設計方案,并針對功率放大器的穩(wěn)定性提出了RC-LC穩(wěn)定性網(wǎng)絡,為低頻高增益功率放大器的穩(wěn)定性設計提供了一種新的解決方法。
【圖文】：

西安電子科技大學碩士學位論文/cm) 0.3 0.4 3.0 εr11.8 13.1 9.7 z) 20 150 20 2) 0.2 0.5 10 可以很直觀地得出 GaN 材料相比于其他強度以及最大的功率密度。同時，其頻率體領域中的一種較為常見的化學元素，子序數(shù)為 31。化合物 GaN 由氮原子和鎵兩個面心立方套構而成，屬于六角密堆鍵，晶體中原子間化學鍵不同的比例成分重越大則容易產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)的閃鋅礦結構氮化物半導體材料離子鍵含量較高，所料內(nèi)部晶格結構如圖 2.1 所示。

DS在 GaN 一側的界面處流動，這些由于外加電壓的作了漏極電流 IDS，因此可以通過外加的電壓的方式達aN HEMT 器件模型HEMT 器件可以承受很高的電壓，具有很寬的禁帶寬關速度，所以相對于傳統(tǒng)的 MOS 器件、BJT 器件，頻功率放大器上。器的仿真過程中，模型的準確性至關重要，一個準確路之間的橋梁[18]。GaN HEMT 模型有兩種：在大的和狀態(tài)下，，輸出增益產(chǎn)生壓縮，此時描述晶體管工作圖 2.3 所示；當輸入功率較小時，晶體管工作在線性體管工作在小信號狀態(tài)下的模型被稱為小信號模型，立較為容易，為大信號建模提供基礎。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN722.75

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 關統(tǒng)新;要志宏;趙瑞華;楊強;劉榮軍;;基于GaN HEMT的S波段內(nèi)匹配功率放大器設計[J];半導體技術;2014年01期

2 余振坤;劉登寶;;S波段寬帶GaN芯片高功率放大器的應用研究[J];微波學報;2011年02期

3 梁曉芳;;X波段固態(tài)功率放大器穩(wěn)定性分析設計[J];現(xiàn)代雷達;2007年12期

4 李明輝;馬洪;韋瑋;;多載波航天測控雷達發(fā)射機功放的線性化[J];雷達科學與技術;2007年03期

5 李丹;王芳;王旭;蔣國平;;熱釋電紅外探測器的PSPICE仿真設計探討[J];紅外技術;2006年03期

6 鄧宏貴;曹祥;羅安;曹建;;AB類功率放大器的設計與仿真研究[J];光電子技術;2005年04期

7 K-C Chan;利用史密斯圓圖設計匹配網(wǎng)絡[J];無線電工程;2001年12期

8 梁春廣,張冀;GaN——第三代半導體的曙光[J];半導體學報;1999年02期

9 W.DerekHumpage,黃杰波;混合集總分布參數(shù)網(wǎng)絡的Z域分析法[J];中國電機工程學報;1985年01期

10 林為干 ,鐘祥禮;傳輸線特性阻抗的一個新計算方法[J];物理學報;1963年04期

相關博士學位論文 前3條

1 桑磊;AlGaN/GaN HEMT功率器件建模研究及高效率放大器設計[D];電子科技大學;2013年

2 陳文豪;電子元器件低頻電噪聲測試技術及應用研究[D];西安電子科技大學;2012年

3 許晟瑞;非極性和半極性GaN的生長及特性研究[D];西安電子科技大學;2010年

相關碩士學位論文 前10條

1 盧家愷;多模多標準發(fā)射機中包絡跟蹤功率放大器設計[D];東南大學;2016年

2 楊琦;帶柵場板和新型漏場板的AlGaN/GaN HEMT器件耐壓特性研究[D];西安電子科技大學;2015年

3 張冬生;雙頻帶射頻功率放大器的設計[D];重慶大學;2015年

4 宋韜;高效率CMOS功率放大器的研究與設計[D];西安電子科技大學;2014年

5 陳志杰;基于寬帶匹配技術的100W功率放大器設計[D];華南理工大學;2013年

6 劉昌;高效率DE類功率放大器的研究[D];山東大學;2012年

7 王炳基;微波超寬帶功率電平控制技術研究[D];電子科技大學;2012年

8 張楊;Ka波段模擬預失真器的研究設計[D];電子科技大學;2011年

9 金香菊;CMOS射頻C類功率放大器研究與設計[D];電子科技大學;2007年

10 張春玲;20-40GHz的寬帶倍頻器[D];電子科技大學;2001年

本文編號：2616376