VHF 600 WGaN功率模块研制

王建浩，刘 雪，王 琪，戈 硕，唐厚鹭

(南京电子器件研究所，南京 210016)

1 引言

第三代半导体拥有宽禁带宽度、高击穿场强、高热传导率和高电子漂移速度等优点，能够更好地满足高温、高频等应用要求。近年来，以GaN为代表的第三代半导体取得了蓬勃的发展，GaN功率管在射频领域的应用也越来越广泛[1-5]。

本文设计了一种基于GaN工艺的VHF频段高增益高效率功率放大模块。模块采用三级放大结构，分别采用了高增益GaAs单片、GaN内匹配小功率管，GaN大功率管。为进一步减小模块体积，本文将高增益GaAs单片、GaN内匹配小功率管采用内匹配方式，形成一个高增益GaN驱动模块，末级采用推挽结构电路，实现模块高增益、高效率、大功率输出。

2 模块结构设计

2.1 增益分配

功率模块输入功率5 dBm，输出功率大于57 dBm，增益大于52 dB。模块采用3级直接级联放大，具体增益分配如图1所示。

图1 功率放大模块增益分配示意图

由图1可以看出，模块由3级组成，每级增益分别是19 dBm、17 dBm、16 dBm。

1）P1：宽带GaAs单片，体积小，增益高，在DC～3 GHz可以提供24 dBm的功率输出，为中间级提供足够的驱动功率。

2）P2：基于2 mm×2.4 mm GaN管芯的内匹配功率放大电路，单级在VHF频段可以提供不小于42 dBm的输出功率。

3）P3：采用大功率GaN功率管，这是本次设计的核心部分，功率管内匹配采用2个GaN管芯并联预匹配方式，外匹配电路输入输出电路均采用了推挽结构的匹配设计，是模块实现高输出功率、高工作效率的最终体现。

2.2 模块整体设计

本文设计的模块尺寸不大于90 mm×50 mm×18 mm，模块衬板是铝制金属一体化设计，兼顾刚度、强度以及散热性能。……