基于GaN HEMT F类功率放大电路设计

刘多伟，程飞，黄卡玛

（四川大学电子信息学院，四川成都，610065）

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无线技术已经发展到5G阶段并且对6G的研究也在不断进行，这对射频前端器件的性能有了越来越高的要求。功率放大器是所有无线系统中不可或缺的子系统，其性能对整个系统有着重要影响。

在大功率半导体技术中，GaN HEMT宽禁带半导体器件具有多种优势，包括高击穿电压，优良的热导率和耐高温性能，同时具有能量转换效率高、工作截止频率高、寿命长、可靠性好的特点，适合设计大功率放大器。而且具有较高的输入、输出阻抗，易于对其进行匹配电路的设计。

随着越来越多的工业界和学术界研究人员聚焦在高效率功率放大器的研究上，不断有性能优良，结构新颖的高效放大器问世。文献设计了一款工作频率为3.1GHz的单频点功放，使用多级微带低通网络作为PA的输出匹配电路，实现了对四阶谐波的控制，功率附加效率（PAE）为82%，输出功率为10W。在文献中，实现了一种高效率逆F类功放。其利用输入二次谐波效应来提高效率，经过数值分析和模型仿真，实现了谐波控制，在3.5GHz，Psat为39.9dBm，PAE达到76.7%。文献提出了一种高效集成滤波器的F类功率放大器。采用高Q介质谐振器(DR)滤波器作为PA的输出匹配网络，实现了良好的频率选择性。在工作频率内最大PAE为70.7%，最大输出功率大于10W。文献分析并验证了降低谐波控制网络中四分之一波长短路传输线的特征阻抗，可使二次谐波阻抗随频率变化放缓，有利于拓宽PA的工作频率。……