9～15 GHz GaAs MMIC宽带高效率功率放大器

徐 鼎 ，陈晓娟 ，胡 俊 ，袁婷婷

（1.中国科学院微电子研究所，北京 100029；2.中国科学院大学，北京 100049）

X-Ku波段MMIC功率放大器是雷达和卫星通信系统中的重要部件，应用于T/R组件中发射链路的末级，与天线相连，将幅度较小的信号进行功率放大。砷化镓材料在增益、噪声、功率等方面所展现的良好特征，使其非常适用于MMIC功率放大器的设计。因此，GaAs MMIC功率放大器在雷达和卫星通信等领域得到广泛应用[1-3]。

对于雷达和卫星等无线通信系统而言，其发射通道特性很大程度取决于功率放大器的性能。功放作为发射通道主要耗能模块，其效率影响整个卫星通信系统的能耗；功放的带宽影响卫星通信系统的数据吞吐量和传输速率。因此，如何在保证输出功率的同时，实现宽带高效率的功率放大器成为一个研究热点。对于宽带设计，常用的电路结构包括电抗匹配式[4-5]、平衡式[6-7]、分布式[8-9]和堆栈式[10-11]等。文献[12]和[13]分别采用电抗匹配式和堆栈式实现了X和Ku波段具有良好宽带特性的GaAs功放电路，工作频率分别为 8～13 GHz和 12～16 GHz，但设计中未考虑谐波的影响，因而饱和效率较低，均小于35%。对于提高功放的效率，谐波抑制技术是最常用的方法之一。文献[14]在匹配电路中引入谐波抑制网络，实现了最高饱和效率超过50%的Ku波段功率放大器，但其单级匹配网络限制了宽带传输能力，工作带宽仅为2 GHz。在X-Ku波段，兼顾宽带（工作带宽5 GHz以上）和高效率（35%以上）的GaAs功率放大器报道较少，其难点主要在于：一方面，随着频率越高，晶体管最大增益和效率越低；……