本文關(guān)鍵詞：微波GaN高效率MMIC功率放大器研究

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【摘要】：在過去的十多年中,基于第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)的高電子遷移率晶體管(HEMT)在微波高功率放大器方面有著明顯的優(yōu)勢,隨著國內(nèi)外GaN HEMT工藝的成熟及其相關(guān)產(chǎn)品的問世,微波GaN功放已經(jīng)展現(xiàn)出了良好的市場前景。微波單片集成電路(MMIC)相對微波混合電路具有尺寸小、重復(fù)生產(chǎn)性能好、設(shè)計靈活等優(yōu)點,因此,基于GaN HEMT的MMIC高效率功率放大器的設(shè)計,是當(dāng)前微波功放領(lǐng)域的一個研究熱點。提高功放效率對通信系統(tǒng)性能的提升具有重要意義。與E類、F類功率放大器相比,諧波控制結(jié)構(gòu)由于只需考慮控制二次諧波,因而相對比較容易實現(xiàn),特別在空間比較狹窄的MMIC電路中。因此近年來,諧波控制在MMIC中的應(yīng)用獲得了廣泛的關(guān)注。但對于高增益、大功率MMIC功放,由于受限于模型精度、面積等因素限制,MMIC中的諧波控制設(shè)計技術(shù)仍存在巨大挑戰(zhàn)。因此,本文針對諧波控制在微波高功率放大器中的應(yīng)用理論和技術(shù)開展了研究,主要內(nèi)容如下:(1)基于國產(chǎn)工藝,基于諧波控制技術(shù)設(shè)計了一款60W C波段高增益GaN MMIC功放。該放大器采用了三級放大電路結(jié)構(gòu),對末級功放利用二次諧波控制技術(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。末級功放的輸入端在基波匹配的基礎(chǔ)上,采用開路枝節(jié)進行二次諧波匹配,輸出端采用優(yōu)化方法將輸出匹配網(wǎng)絡(luò)同時匹配在最優(yōu)基波和諧波阻抗。測試結(jié)果顯示,在靜態(tài)偏置點VGS=-2.5 V、VDS=28V下,5.0~6.0GHz內(nèi),當(dāng)輸入功率Pin=23dBm時,輸出功率Pout48.3dBm(67.6W),增益Gain25.3dB,功率附加效率PAE40%。(2)為進一步提高功放效率,本文首次研究了采用多級電路諧波控制的GaN MMIC功放設(shè)計方法,即將諧波控制技術(shù)同時應(yīng)用于功放的每一個驅(qū)動級。由于諧波控制技術(shù)增加每一級的增益和功率效率,從而有效提升整體功放的效率。計算仿真結(jié)果表明,采用三級電路諧波控制技術(shù)后,采用相同的晶體管器件設(shè)計的MMIC在5.0~6.0GHz內(nèi),Pout49Bm、Gain26.8dB,PAE52%。與只考慮末級諧波控制技術(shù)仿真結(jié)果相比,PAE可以提升6%以上,并進行了流片和測試。本文的研究對提升GaN MMIC功放的效率有著參考意義。
【關(guān)鍵詞】：GaN 高效率 諧波控制技術(shù) MMIC 功率放大器
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.75
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外動態(tài)11-13
• 1.3 本文內(nèi)容13-14
• 第二章 高效率MMIC功率放大器關(guān)鍵技術(shù)14-32
• 2.1 MMIC的設(shè)計流程14-15
• 2.2 AlGaN/GaN HEMT的工作原理15-17
• 2.2.1 AlGaN/GaN HEMT的器件結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2.2 AlGaN/GaN HEMT模型16-17
• 2.3 基于AlGaN/GaN HEMT的MMIC制作工藝17-18
• 2.4 功率放大器指標和分類18-23
• 2.4.1 功率放大器指標18-21
• 2.4.1.1 效率、輸出功率和增益18-20
• 2.4.1.2 穩(wěn)定性和線性度20-21
• 2.4.2 功率放大器的分類21-23
• 2.4.2.1 經(jīng)典功率放大器21-22
• 2.4.2.2 開關(guān)類功率放大器22-23
• 2.5 高效率功放實現(xiàn)方式23-26
• 2.6 諧波控制技術(shù)26-31
• 2.6.1 諧波控制的定義26-27
• 2.6.2 諧波控制的理論分析27-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第三章 單級諧波控制MMIC功放設(shè)計32-50
• 3.1 MMIC總體方案32-33
• 3.2 HEMT直流特性及功放靜態(tài)工作點33
• 3.3 負載牽引(Loadpull)和源牽引(Sourcepull)33-35
• 3.4 諧波控制結(jié)構(gòu)35-36
• 3.5 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計36-44
• 3.5.1 無源器件36-39
• 3.5.1.1 薄膜電阻36-37
• 3.5.1.2 MIM電容37-38
• 3.5.1.3 螺旋電感38-39
• 3.5.1.4 接地孔39
• 3.5.2 匹配網(wǎng)絡(luò)39-44
• 3.6 諧波平衡分析44-46
• 3.7 加工與測試46-49
• 3.8 本章小結(jié)49-50
• 第四章 多級諧波控制MMIC功放設(shè)計50-62
• 4.1 二次諧波負載牽引(Loadpull)及方案驗證50-52
• 4.2 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計52-55
• 4.3 諧波平衡分析55-57
• 4.4 加工測試與結(jié)果分析57-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀碩士期間取得的成果69-70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：554812