超宽带，高功率，高效率的GaN放大器

发布时间：2018-05-21 09:26:54     浏览：3239

宽带、高功率、高效率的放大器是先进通信系统中的关键元素，如用于消防员、警察和海军的搜救软件无线电。实现宽带放大的传统技术是使用移动波方法1、2或设计宽带匹配电路，将设备输入和输出阻抗转换为50欧姆3。如果大功率器件输出阻抗与50欧姆相差很大，则后者的输出匹配电路具有较大的尺寸，以及高频损耗。这种高射频损耗严重降低了放大器的输出功率和效率。


本文提出了一种新的方法，为宽带放大器设计增加了一个新的维度。除了使用电路匹配技术外，我们还将设备输出阻抗调整为接近50欧姆。该方法使输出阻抗匹配电路相对简单、损耗小，从而产生了高输出功率和高功率效率的宽带性能。



为了达到100-3000 MHz的100 W输出功率，我们可以将4个、2个阶段的GaN MMIC电源组合在一起，每个MMIC的输出功率为30 W，比期望的频带增加23分贝。
图中显示了这个30 W MMIC PA的布局。
第一阶段的设备尺寸是2 mm，分成两个1毫米的路径。
第二阶段的设备由4、2x1.12毫米的HEMT组成。
这个2x1.12毫米的设备将2个1。12毫米的单元格设备连接在一起，包括直流和RF。
我们称这个配置为HIFET 4，5，6，7。
这个HIFET的直流偏置电压和射频输出阻抗都是1。12毫米单元格的两倍。
通过对单元单元格设备大小和单元单元设备数量的合理选择，可以优化HIFET最优输出阻抗接近50欧姆，从而实现宽带性能。
图2a和2b分别显示了第一阶段和第二阶段的输入和输出阻抗。
请注意，0。5 GHz的第二阶段最优输出负载阻抗相当接近50欧姆。
这一结果支持低射频损耗宽带匹配，这对于实现高输出功率和效率的宽带宽是很重要的。
这个50欧姆的最优输出阻抗是通过对单元单元设备大小和设备数量的正确选择来实现的。
因为第二阶段有2个单元单元，直流偏置电压是第2级的60V。


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