高增益宽频带GaN功率放大器设计

张佳浩（山东科技大学电子通信与物理学院，山东青岛，266510）



高增益宽频带GaN功率放大器设计

张佳浩
（山东科技大学电子通信与物理学院，山东青岛，266510）

摘要：针对新一代半导体材料氮化镓（Gallium Nitride，GaN）带宽大、效率高的优点，利用ADS谐波平衡仿真软件，设计了一个1.5~2.5GHz宽带高效的功率放大器。设计采用Cree公司的GaN 高电子迁移率晶体管CGH40010F，利用晶体管的大信号模型进行电路仿真，结果显示，功放在1.5~2.5GHz频带内，饱和输出功率大于41.7dBm，小信号增益大于18dB，功率附加效率大于70%。

关键词：氮化镓；功率放大器；效率；电抗匹配

0　引言

随着现代通信技术的不断发展，能量耗损对通信系统的要求越来越高，而功率放大器是通信系统能耗的一个重要组件，因此超宽带、高效率的功率放大器成为现代通信系统发展的迫切需求。第三代半导体材料GaN高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor， HEMT）具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度大、热导率高、抗辐射能力强等突出特点，特别适合于制作高频、高压、高效、大功率微波器件，基于GaN HEMT的高效功率放大器目前已广泛应用于雷达和通信等领域。

本文利用Cree公司CGH40010F GaN高电子迁移率晶体管的大信号模型进行稳定性分析，构建稳定电路和阻抗匹配电路，搭建功率放大器电路。阻抗匹配电路运用切比雪夫宽带匹配的设计原理，实现1.5~2.5GHz频段内阻抗的良好匹配，且输出功率高达41.7dBm，PAE＞70%，增益大于18dB。

1　功率放大器设计

1.1静态工作点的选择

功率放大器依据输入输出信号的不同关系可以分成不同的类别，主要分为：A、B、AB、C、D、E和F这几类。……